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ESCUELA	
  UNIVERSITARIA	
  DE	
  INGENIERÍA	
  TÉCNICA	
  INDUSTRIAL	
  
          DEPARTAMENTO	
  DE	
  MECÁNICA	
  INDUSTRIAL	
  	
  




CURVAS	
  CARACTERÍSTICAS	
  Y	
  
     APLICACIONES	
  	
  



                                                                          Rubén	
  García	
  Navas	
  49061	
  
                                                        José	
  Gonzalo	
  Lorenzo	
  Silvestre	
  48511	
  
                                                                  Jonatan	
  Mar@n	
  Blázquez	
  48482	
  
                                                                               Óscar	
  Ruiz	
  Gómez	
  49050	
  
                                                            Miguel	
  Ángel	
  Sánchez	
  Rouco	
  48688	
  
                                                                    Pedro	
  Zambrana	
  García	
  48650	
  
                                                                                                                	
  
Curvas	
  características	
  
                                                  Indice	
  
1.  Introducción	
  

2.  Variables	
  que	
  afectan	
  a	
  los	
  parámetros	
  de	
  salida	
  del	
  motor	
  
3.  Curvas	
  caracterís]cas	
  a	
  plena	
  carga	
  

4.  Curvas	
  caracterís]cas	
  a	
  carga	
  parcial	
  
5.  Curvas	
  caracterís]cas	
  de	
  otros	
  parámetros	
  
6.  Variación	
  de	
  la	
  potencia	
  con	
  la	
  altura	
  en	
  aplicaciones	
  aeronáu]cas	
  
7.  Bibliogra_a	
  
8.  Caso	
  prác]co	
  
Curvas	
  características	
  
                                                       1.	
  Introducción	
  
Definición:	
  
  	
  Diagramas	
  que	
  representan	
  uno	
  o	
  varios	
  parámetros	
  de	
  interés	
  en	
  función	
  de	
  las	
  condiciones	
  
       	
  	
  opera]vas	
  del	
  motor.	
  
	
  
Parámetros	
  de	
  interés:	
  
     	
  Potencia.	
  
       	
  Par.	
  
       	
  Pme	
  (presión	
  media	
  efec]va).	
  
       	
  Consumo	
  o	
  rendimiento.	
  
       	
  Emisiones.	
  
       	
  Dosado.	
  
       	
  Caudales	
  y	
  temperaturas.	
  
       	
  Tasa	
  de	
  EGR.	
  
       	
  …	
  
	
  
       	
  “en	
  general	
  cualquier	
  otro	
  parámetro	
  que	
  pueda	
  ser	
  de	
  interés	
  en	
  una	
  determinada	
  	
  
           aplicación”	
  
Curvas	
  características	
  
Obje]vo:	
  
                                                                                      	
  
          	
  -­‐	
  Mostrar	
  el	
  intervalo	
  de	
  uso	
  de	
  sus	
  variables	
  de	
  operación,	
  sustancialmente	
  carga	
  y	
  régimen	
  de	
  giro.	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
          	
  	
  
          	
  -­‐	
  Describir	
  la	
  variación	
  de	
  los	
  parámetros	
  de	
  los	
  MCIA	
  en	
  función	
  de	
  las	
  condiciones	
  de	
  operación.	
  
	
  
          	
  -­‐	
  Evaluar	
  la	
  idoneidad	
  de	
  un	
  motor	
  para	
  una	
  determinada	
  aplicación.	
  
	
  
          	
  -­‐	
  La	
  comparación	
  de	
  diferentes	
  motores	
  entre	
  sí.	
  
	
  
Curvas	
  características	
  
Tipos	
  de	
  curvas:	
  
       	
  Curvas	
  caracterís4cas	
  de	
  velocidad.	
  Presentan	
  los	
  parámetros	
  del	
  motor	
  en	
  
       	
  	
  función	
  del	
  régimen	
  de	
  giro	
  y	
  para	
  un	
  grado	
  de	
  carga	
  constante.	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
       	
  Curvas	
  caracterís4cas	
  de	
  carga.	
  Presentan	
  los	
  parámetros	
  del	
  motor	
  en	
  función	
  de	
  
       	
  	
  la	
  carga	
  para	
  un	
  régimen	
  de	
  giro	
  determinado.	
  
	
  
Curvas	
  características	
  
Curvas	
  caracterís4cas	
  mul4paramétricas.	
  Presentan	
  la	
  variación	
  de	
  los	
  parámetros	
  de	
  salida	
  del	
  
    motor	
  en	
  función	
  de	
  más	
  de	
  una	
  variable	
  de	
  operación.	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  

       	
  Curvas	
  caracterís4cas	
  de	
  regulación	
  (calibración).	
  Su	
  estructura	
  y	
  naturaleza	
  es	
  muy	
  
       dependiente	
  de	
  la	
  aplicación	
  así	
  como	
  del	
  parámetro	
  de	
  regulación	
  empleado.	
  	
  
Curvas	
  características	
  
Disposición	
  de	
  las	
  curvas:	
  
   	
  Automoción	
  (general):	
  
	
  
       	
  -­‐	
  2	
  grados	
  de	
  libertad	
  “gdl”	
  (posición	
  del	
  acelerador	
  y	
  par	
  de	
  frenado)	
  	
  	
  
       	
  -­‐	
  2	
  variables	
  →	
  el	
  régimen	
  de	
  giro	
  ”n”	
  y	
  par.	
  
	
  
       	
  Generación	
  de	
  electricidad:	
  
	
  
       	
  -­‐	
  El	
  motor	
  gira	
  “n”	
  fijo,	
  ↓	
  el	
  “gdc”	
  a	
  1.	
  
       	
  	
  
       	
  Aeronáu]ca:	
  
	
  
       	
  -­‐	
  Se	
  puede	
  seleccionar	
  un	
  dosado	
  independiente	
  de	
  la	
  posición	
  de	
  la	
  mariposa	
  de	
  
           admisión,	
  ↑	
  ”gdc”.	
  
Curvas	
  características	
  
Normalización	
  de	
  parámetros                                              	
  	
  
	
  
       	
  -­‐	
  Par	
  motor	
  y	
  potencia	
  →	
  presión	
  media	
  efec]va	
  y	
  potencia	
  por	
  unidad	
  de	
  
       superficie	
  del	
  émbolo.	
  
	
  
       	
  -­‐	
  El	
  consumo	
  específico	
  →	
  ηe	
  del	
  motor,	
  independiente	
  del	
  combus]ble	
  empleado.	
  	
  
       	
  *La	
  cogeneración	
  →	
  parámetro	
  de	
  estudio	
  →	
  calor	
  residual	
  del	
  motor	
  →	
  valor	
  
       industrial	
  y	
  económico	
  como	
  fuente	
  de	
  energía*	
  
Curvas	
  características	
  
Principales	
  variables	
  de	
  operación	
  de	
  los	
  MCIA:	
  

       	
  -­‐	
  El	
  régimen	
  de	
  giro	
  →	
  amplios	
  intervalos	
  de	
  funcionamiento.	
  	
  
       	
  	
  
	
  
       	
  -­‐	
  Grado	
  de	
  carga	
  complementa	
  al	
  régimen	
  de	
  giro,	
  definiendo	
  las	
  condiciones	
  de	
  
       	
             	
  	
  funcionamiento	
  del	
  motor.	
  
       	
  	
  
	
  
       	
  -­‐	
  Para	
  comparar	
  motores	
  se	
  normalizan	
  algunas	
  variables	
  de	
  operación.	
  
       	
  	
         	
  *Velocidad	
  lineal	
  media	
  del	
  pistón	
  en	
  lugar	
  del	
  régimen	
  de	
  giro*	
  
	
  
	
  
       	
  -­‐	
  Empleo	
  de	
  variables	
  secundarias	
  que	
  complementen	
  a	
  otras.	
  
       	
            	
  *Operación	
  en	
  condiciones	
  atmosféricas	
  no	
  estándar*	
  
       	
  	
  
Curvas	
  características	
  
Diferencia	
  entre	
  grado	
  de	
  carga	
  en	
  MEP	
  Y	
  MEC:	
  
      –  MEP	
  :	
  	
  

                •  	
  Motor	
  alimentado	
  por	
  mezcla	
  homogénea	
  en	
  carrera	
  de	
  admisión.	
  	
  

                •  Carga	
  regulada	
  por	
  mariposa	
  de	
  admisión.	
  

                •  ↓	
  grado	
  de	
  carga	
  →↓	
  entrada	
  de	
  mezcla	
  en	
  el	
  cilindro.	
  

                	
  

      –  MEC:	
  

                •  La	
  inyección	
  se	
  produce	
  al	
  final	
  de	
  la	
  carrera	
  de	
  compresión	
  sin	
  variar	
  la	
  can]dad	
  
                       de	
  aire	
  aspirado	
  cuando	
  se	
  modifica	
  el	
  grado	
  de	
  carga	
  a	
  régimen	
  constante.	
  
Curvas	
  características	
  
        2.	
  Variables	
  que	
  afectan	
  a	
  los	
  parámetros	
  de	
  salida	
  del	
  motor	
  
        	
  
        ·∙	
  	
  Dosado	
  
        	
  
               	
  	
  

                                  MEC	
                                                                  MEP	
  
	
                                                                          	
  
-­‐	
  Variable	
  de	
  control	
  del	
  grado	
  de	
  carga.	
          -­‐	
  Su	
  variación	
  es	
  considerablemente	
  
	
                                                                          menor.	
  
-­‐	
  Influye	
  →	
  potencia	
  efec]va	
                                 	
  
matemá]camente	
  y	
  a	
  través	
  del	
  ηe	
  (	
  ηi	
  )	
           -­‐	
  Influye	
  →	
  desarrollo	
  de	
  la	
  combus]ón	
  y	
  
                      	
  	
                                                sobre	
  el	
  ηe.	
  	
  
-­‐	
  Valor	
  máximo	
  →	
  emisiones	
  (hollín	
  y	
  NOx).	
  	
     	
  
	
                                                                          -­‐	
  Influye	
  →	
  temperaturas	
  tanto	
  del	
  gas	
  de	
  
-­‐	
  Limitación	
  por	
  carga	
  térmica	
  →	
  dosados	
              escape,	
  como	
  del	
  agua	
  de	
  refrigeración.	
  
mayores.	
                                                                  	
  
	
                                                                          -­‐	
  Considerar	
  sus	
  variaciones	
  en	
  función	
  del	
  
-­‐	
  Sobre	
  el	
  consumo	
  específico	
  →	
                           grado	
  de	
  carga	
  y	
  régimen	
  de	
  giro	
  del	
  
                                                                            motor.	
  
matemá]camente,	
  a	
  través	
  del	
  ηe.	
  
Curvas	
  características	
  
·∙	
  Presión	
  y	
  temperatura	
  de	
  admisión:	
  
	
  
       	
  -­‐	
  La	
  Padm	
  	
  →	
  variable	
  de	
  control	
  de	
  la	
  carga	
  en	
  los	
  MEP.	
  
	
  
       	
  -­‐	
  Regulación	
  →	
  válvula	
  de	
  mariposa	
  y	
  mediante	
  el	
  grado	
  de	
  sobrealimentación.	
  
	
  
       	
  -­‐	
  Influye	
  →	
  renovación	
  de	
  la	
  carga,	
  alterando	
  la	
  combus]ón.	
  
	
  
       	
  -­‐	
  En	
  verdad	
  el	
  grado	
  de	
  carga	
  en	
  MEP	
  depende	
  de	
  ρadm	
  (P	
  y	
  T).	
  	
  
	
  
       	
  -­‐	
  Δt	
  →	
  transmisión	
  de	
  calor,	
  evaporación	
  combus]ble	
  (MEP)	
  
Curvas	
  características	
  
·∙	
  Régimen	
  de	
  giro:	
  
	
  
       	
  -­‐	
  Variable	
  de	
  operación	
  dependiente	
  del	
  acoplamiento	
  entre	
  la	
  potencia	
  
                	
  suministrada	
  por	
  el	
  motor	
  y	
  la	
  oposición	
  al	
  giro	
  que	
  ejerce	
  el	
  elemento	
  
                	
  accionado	
  por	
  el	
  mismo.	
  	
  
	
  
       	
  -­‐	
  Si	
  “n”	
  varía	
  →	
  varía	
  la	
  potencia	
  entregada	
  por	
  el	
  MCIA.	
  
	
  
       	
  -­‐Funcionamiento	
  óp]mo	
  →	
  en	
  un	
  “n”determinado,	
  pero	
  en	
  un	
  motor	
  
                  	
  alterna]vo	
  se	
  presenta	
  un	
  amplio	
  rango	
  de	
  “n”	
  adecuado.	
  
	
  
       	
  -­‐	
  “n”	
  fijo	
  →	
  por	
  cues]ones	
  de	
  la	
  maquinaria.	
  
	
  
       	
  -­‐	
  Si	
  “n”	
  varía	
  →	
  afecta	
  renovación	
  de	
  la	
  carga	
  y	
  	
  combus]ón	
  
Curvas	
  características	
  
  ·∙	
  Caracterís]cas	
  del	
  combus]ble:	
  
  	
  
         	
  -­‐	
  El	
  índice	
  de	
  octano	
  y	
  de	
  cetano	
  →	
  al	
  proceso	
  de	
  combus]ón.	
  
          	
  -­‐	
  Combus]bles	
  gaseosos	
  →	
  llenado,	
  pero	
  mejoras	
  en	
  	
  procesos	
  de	
  mezcla	
  con	
  el	
  aire.	
  
         	
  	
                                                               El	
  poder	
  calorífico	
  de	
  una	
  gasolina	
  no	
  varía	
  
                                                                              apenas	
  con	
  el	
  índice	
  de	
  octano	
  	
  

-­‐ Un	
  MEP	
  no	
  varía	
  por	
  alimentarlo	
  con	
  
un	
  combus4ble	
  de	
  ↑	
  octanaje.	
  

Con	
  ↑	
  octanaje	
  posible	
  trabajar	
  con	
  
una	
  ↑	
  relación	
  de	
  compresión	
  =>	
  
presiones	
  medias	
  efec4vas	
  máximas	
  ↑	
  
y	
  consumos	
  específicos	
  mínimos	
  ↓.	
  
Curvas	
  características	
  
·∙	
  Recirculación	
  de	
  gases	
  de	
  escape:	
  
	
  
       	
  -­‐	
  Reducir	
  	
  emisiones	
  de	
  NOx	
  	
  afecta	
  renovación	
  de	
  la	
  carga.	
  	
  
       	
  	
  
       	
  -­‐	
  Influye	
  ↓	
  en	
  potencia	
  y	
  	
  consumo	
  específico.	
  
	
  
	
  
·∙	
  Avance	
  al	
  encendido:	
  
       	
  -­‐Valor	
  óp]mo	
  →	
  experimentalmente	
  buscando	
  el	
  Parmax	
  “centrado	
  de	
  la	
  
       	
  	
  combus]ón”o	
  “MBT”.	
  
	
  
	
  
·∙	
  Inyección	
  de	
  combus]ble:	
  
        	
  -­‐Tanto	
  al	
  inicio	
  como	
  en	
  su	
  distribución	
  temporal	
  afectan	
  a	
  la	
  combus]ón	
  de	
  un	
  
       	
  	
  MEC	
  
Curvas	
  características	
  
·∙	
  Relación	
  de	
  compresión	
  
       	
  -­‐Variable	
  de	
  diseño	
  y	
  operación	
  que	
  afecta	
  a	
  ρ	
  de	
  los	
  MCIA	
  
	
  
       	
  “Permite	
  modificar	
  las	
  curvas	
  del	
  motor,	
  ↓	
  el	
  consumo	
  específico	
  a	
  “n”	
  ↑	
  y	
  a	
  carga	
  
       parcial,	
  donde	
  el	
  riesgo	
  de	
  autoencendido	
  ↓”	
  	
  
	
  
       	
  -­‐	
  Se	
  puede	
  ↑	
  la	
  potencia,	
  si	
  el	
  motor	
  esta	
  diseñado	
  para	
  soportar	
  una	
  mayor	
  carga	
  térmica	
  y	
  
       mecánica.	
  	
  
	
  
	
  


·∙	
  Inyección	
  de	
  agua	
  y	
  metanol	
  
       	
  -­‐	
  La	
  inyección	
  de	
  agua	
  →	
  ↑	
  refrigeración,	
  ↑	
  autoencendido	
  →	
  ↑	
  la	
  potencia	
  45%	
  

       	
  -­‐	
  Mezclas	
  agua	
  y	
  metanol	
  (no	
  congelación)	
  →	
  ↑	
  la	
  potencia	
  un	
  85%.	
  
Curvas	
  características	
  
                                   	
  
                                   	
  
                        3.	
  Curvas	
  caracterís4cas	
  a	
  plena	
  carga	
  
                                                     	
  
•  Definición:	
  Se	
  ob]enen	
  cuando	
  el	
  motor	
  opera	
  a	
  plena	
  carga:	
  
          -­‐	
  Mariposa	
  abierta	
  en	
  MEP	
  
          -­‐	
  Plena	
  inyección	
  en	
  MEC 	
  	
  

•  Información:	
  	
  

       	
  -­‐	
  Ordenadas:	
  Par	
  motor,	
  potencia,	
  consumo	
  específico,	
  rendimiento,	
  	
  	
  	
  	
  	
  emisiones	
  
        contaminantes,	
  rendimiento	
  volumétrico	
  …	
  
       	
  -­‐	
  Abscisas:	
  Velocidad	
  de	
  giro.	
  
	
  


•  Ensayo	
   del	
   motor:	
   mando	
   de	
   control	
   fijo	
   en	
   posición	
   de	
   máxima	
   demanda.	
   Grado	
   de	
  
        libertad	
   está	
   en	
   el	
   freno	
   donde	
   se	
   	
   disipa	
   la	
   energía.	
   Regula	
   el	
   régimen	
   de	
   giro	
   o	
   carga,	
  
        midiéndose	
  el	
  par	
  motor,	
  la	
  potencia	
  efec]va	
  y	
  el	
  consumo	
  específico	
  para	
  cada	
  régimen.	
  
Curvas	
  características	
  
•  Morfología:	
  En	
  automoción,	
  la	
  morfología	
  de	
  las	
  curvas	
  caracterís]cas	
  a	
  plena	
  
    carga	
  de	
  un	
  MCIA	
  responde	
  al	
  ejemplo	
  mostrado	
  en	
  la	
  figura	
  (izquierda).	
  	
  

    	
  Morfología	
  	
  debida	
  al	
  comportamiento	
  con	
  el	
  régimen	
  de	
  las	
  variables	
  de	
  las	
  que	
  
    depende	
  cada	
  parámetro.	
  




           Morfología	
  @pica	
  de	
  curvas	
  a	
  plena	
  carga	
  (izda)	
  y	
  variación	
  del	
  rendimiento	
  indicado,	
  
           mecánico	
  y	
  efec]vo	
  de	
  un	
  MCIA	
  con	
  el	
  régimen	
  (dcha)	
  
Curvas	
  características	
  
•     Observaciones:	
  	
  
        –  Plena	
  carga	
  en	
  MEP	
  y	
  MEC	
  a	
  dosado	
  constante.	
  Variaciones	
  del	
  par	
  motor	
  con	
  n	
  (rpm)	
  debido	
  a	
  
                 variaciones	
  ɳv,	
  ɳi	
  y	
  ɳm.	
  	
  	
  
        	
  
                     •  MEC:	
  Necesidad	
  de	
  reducir	
  el	
  dosado	
  a	
  elevados	
  regímenes	
  de	
  giro	
  debido	
  a	
  las	
  emisiones	
  	
  (al	
  no	
  
                           disponer	
  de	
  ]empo	
  suficiente	
  para	
  completar	
  la	
  combus]ón,	
  especialmente	
  en	
  motores	
  de	
  baja	
  
                           turbulencia).	
  	
  
                     •  En	
  MEC:	
  sistema	
  de	
  inyección	
  corta	
  el	
  combus]ble	
  suministrado	
  a	
  par]r	
  del	
  régimen	
  máximo	
  de	
  
                           diseño,	
  produciéndose	
  en	
  estos	
  motores	
  una	
  caída	
  brusca	
  del	
  par	
  a	
  estos	
  regímenes.	
  



     	
  -­‐	
  Rendimiento	
  volumétrico	
  determina,	
  en	
  la	
  mayor	
  parte	
  del	
  intervalo	
  de	
  u]lización	
  del	
  motor,	
  la	
  forma	
  de	
  
      la	
  curva	
  de	
  par.	
  A	
  ↑	
  	
  regímenes	
  de	
  giro,	
  la	
  	
  ↓	
  	
  del	
  ɳv	
  y	
  ɳm	
  	
  →	
  el	
  declive	
  más	
  significa]vo	
  de	
  la	
  curva	
  de	
  
      par.	
  
Curvas	
  características	
  
•    -­‐	
  El	
  máximo	
  de	
  la	
  curva	
  de	
  potencia	
  se	
  presenta	
  a	
  mayor	
  régimen	
  de	
  giro	
  que	
  el	
  de	
  
     la	
  de	
  par.	
  El	
  de	
  par	
  está	
  ubicado	
  en	
  el	
  punto	
  de	
  tangencia	
  de	
  la	
  curva	
  de	
  potencia	
  
     con	
  una	
  recta	
  trazada	
  desde	
  el	
  origen	
  de	
  coordenadas.	
  El	
  régimen	
  máximo	
  del	
  
     motor	
  se	
  suele	
  situar	
  ligeramente	
  a	
  la	
  derecha	
  del	
  de	
  máxima	
  potencia.	
  

                                                                                 -­‐	
  Consumo	
  específico	
  de	
  combus]ble	
  
                                                                                 mínimo	
  en	
  un	
  régimen	
  intermedio	
  de	
  
                                                                                 velocidad.	
  	
  
                                                                                 -­‐ En	
  bajas	
  las	
  disminuye	
  el	
  rendimiento	
  
                                                                                 (perdidas	
  de	
  calor	
  en	
  la	
  cámara	
  de	
  
                                                                                 combus]ón	
  ).	
  
                                                                                 -­‐ En	
  altas	
  aumentan	
  las	
  pérdidas	
  
                                                                                 mecánicas	
  consecuencia	
  de	
  la	
  mayor	
  
                                                                                 velocidad	
  del	
  pistón.	
  


     Curvas	
  caracterísGcas	
  a	
  plena	
  carga	
  de	
  
     un	
  MEC	
  turbosobrealimentado	
  (Audi	
  Q7	
  
     V12	
  TDI)	
  
Curvas	
  características	
  
-­‐	
  	
   Al	
   comparar	
   motores	
   de	
   diferente	
   cilindrada,	
   es	
   ú]l	
   la	
   u]lización	
   de	
   los	
   parámetros	
  
            normalizados:	
  Se	
  sus]tuye:	
  	
  	
  

     	
             	
  .	
  El	
  par	
  motor	
  por	
  la	
  presión	
  media	
  efec]va	
  en	
  las	
  curvas	
   	
  caracterís]cas.	
  

     	
             	
   .	
   La	
   comparación	
   en	
   términos	
   de	
   potencia	
   se	
   hace	
   sobre	
   la	
   carga	
   térmica	
  
            (potencia	
  por	
  unidad	
  de	
  superficie	
  de	
  émbolo).	
  	
  




                                                                                           Curvas	
  de	
  plena	
  carga	
  de	
  
                                                                                           diversos	
  motores	
  en	
  función	
  
                                                                                           del	
  régimen	
  de	
  giro.	
  
Curvas	
  características	
  

                                                                                    Curvas	
  caracterís]cas	
  de	
  plena	
  carga	
  de	
  
                                                                                    los	
  motores	
  anteriores	
  en	
  función	
  de	
  los	
  
                                                                                    parámetros	
  normalizados	
  (Cm,	
  pme	
  y	
  
                                                                                    Ne_esp	
  )	
  




•    -­‐	
  El	
  ɳi	
  suele	
  mantenerse	
  en	
  un	
  valor	
  casi	
  constante	
  para	
  un	
  amplio	
  intervalo	
  de	
  
     valores	
  de	
  régimen	
  de	
  giro.	
  El	
  ɳm	
  muestra	
  valores	
  altos	
  a	
  bajo	
  régimen	
  y	
  
     decrecientes	
  con	
  el	
  régimen	
  de	
  giro.	
  El	
  gef	
  suele	
  aumentar	
  si	
  aumenta	
  el	
  régimen	
  
     de	
  giro	
  (excepto	
  para	
  bajos).	
  En	
  MEC,	
  suelen	
  llegar	
  a	
  tener	
  el	
  mínimo	
  de	
  gef	
  al	
  
     menor	
  régimen	
  de	
  u]lización	
  del	
  motor.	
  
Curvas	
  características	
  
-­‐	
  Según	
  curva	
  de	
  par,	
  los	
  MCIA	
  pueden	
  ser:	
  
                -­‐              Elás]co	
  :	
  
                          	
        	
  .	
  	
  Curva	
  de	
  par	
  muy	
  plana.	
  

                         	
   	
  .	
  	
  Ligeramente	
  creciente	
  al	
  disminuir	
  el	
  régimen.	
  	
  
                         	
   	
  .	
  	
  Facilita	
  la	
  conducción	
  del	
  vehículo	
  (Audi	
  de	
  4,2	
  l	
  de	
  las	
  figuras	
  anteriores).	
  

       	
  	
  	
  -­‐	
  	
  	
  	
  	
  Exigido:	
  	
  

       	
                           	
  .	
  	
  Máximo	
  de	
  par	
  motor	
  a	
  alto	
  régimen.	
  
       	
                           	
  .	
  	
  Curva	
  de	
  potencia	
  de	
  mayor	
  pendiente,	
  obligando	
  al	
  motor	
  a	
  operar	
  a	
  elevados	
  regímenes	
  de	
  giro.	
  	
  
       	
                           	
  .	
  Intervalo	
  de	
  régimen	
  es	
  reducido	
  pero	
  su	
  potencia	
  específica	
  es	
  elevada.	
  (Honda	
  CBR	
  600	
  F	
  de	
  las	
  
              figuras	
  anteriores)	
  

	
  
       	
  Una	
  u	
  otra	
  configuración	
  para	
  un	
  motor	
  se	
  consigue	
  actuando	
  sobre	
  las	
  variables	
  de	
  diseño	
  	
  (rendimiento	
  
              volumétrico	
  y	
  el	
  grado	
  de	
  sobrealimentación)	
  
Curvas	
  características	
  
•  Consideraciones	
  par4culares	
  según	
  el	
  4po	
  de	
  motor	
  
   	
  -­‐	
  Evolución	
  tecnológica	
  de	
  los	
  MCIA	
  è	
  másdis]ntos	
  ]pos	
  de	
  motores.	
  
   	
  -­‐	
  Limitaciones	
  adicionales	
  a	
  su	
  funcionamiento	
  como:	
  	
  

   	
             	
  	
  .	
  Limitación	
  de	
  emisiones	
  contaminantes	
  
   	
             	
  	
  .	
  Mejora	
  de	
  diseños	
  de	
  turbocompresores,	
  distribuciones	
  y	
  colectores	
  de	
  geometría	
  	
  
                  	
  variable	
  o	
  sistemas	
  de	
  mul]inyección	
  …	
  


  	
  -­‐	
  Tendencias	
  básicas	
  de	
  cada	
  concepción	
  de	
  motor:	
  
   	
             	
  	
  MEP	
  de	
  aspiración	
  natural	
  è	
  varios	
  máximos	
  en	
  la	
  curva	
  	
  de	
  par.	
  
    	
            	
  	
  MEP	
  sobrealimentado	
  è	
  menor	
  gef	
  que	
  el	
  anterior,	
  menor	
  rendimiento,	
  reducción	
  brusca	
  
                  	
  del	
  par	
  a	
  bajo	
  régimen,	
  mayor	
  pme	
  …	
  
           	
     	
  	
  MEC	
  de	
  aspiración	
  natural	
  	
  è	
  	
  curva	
  de	
  par	
  más	
  plana,	
  menor	
  pme	
  que	
  MEP	
  equivalente,	
  

                  	
  menor	
  rendimiento	
  que	
  el	
  sobrealimentado	
  …	
  
           	
     	
  	
  MEC	
  sobrealimentado	
  è	
  mayor	
  rendimiento,	
  disminuye	
  gasto	
  específico	
  de	
  

                  	
  combus4ble,	
  sobrealimentación	
  no	
  tan	
  limitada	
  como	
  en	
  MEP	
  
Curvas	
  características	
  




 Curvas	
  caracterís]cas	
  de	
  plena	
  carga	
  de	
  los	
  MEP.	
  Buick	
  V6	
  de	
  aspiración	
  natural	
  (izda)	
  y	
  versión	
  turbosobrealiemntada	
  
                                                                                (dcha)	
  



-­‐	
  Se	
  observa:	
  motores	
  sobrealimentados	
  suelen	
  tener	
  una	
  curva	
  de	
  par	
  plana	
  en	
  función	
  del	
  
régimen,	
  es	
  decir,	
  son	
  motores	
  que	
  se	
  pueden	
  considerar	
  como	
  elás]cos.	
  Mayor	
  par	
  y	
  potencia	
  
efec]vos	
  al	
  mismo	
  régimen.	
  
Curvas	
  características	
  
                                    4.	
  Curvas	
  caracterís4cas	
  a	
  carga	
  parcial
•  Definición:	
  Se	
  ob]enen	
  manteniendo	
  constante	
  la	
  velocidad	
  de	
  giro	
  y	
  variando	
  la	
  carga	
  del	
  
     motor:	
  
       -­‐	
  Variando	
  apertura	
  de	
  mariposa	
  de	
  admisión	
  en	
  MEP	
  
       -­‐	
  Variando	
  el	
  caudal	
  de	
  combus]ble	
  inyectado	
  en	
  MEC                              	
  	
  

•  Conceptos:	
  	
  
       –  Consumo	
  específico:	
  consumo	
  horario	
  de	
  combus]ble	
  en	
  relación	
  a	
  la	
  potencia	
  producida.	
  
             Las	
  unidades	
  usadas	
  habitualmente	
  son	
  g/kWh,.	
  Suele	
  ser	
  usual	
  expresarlo	
  en	
  litros	
  por	
  
             kilometro.	
  
       –  Grado	
  de	
  carga	
  del	
  motor:.	
  Se	
  suele	
  aplicar	
  al	
  par	
  en	
  el	
  eje,	
  a	
  la	
  potencia	
  e	
  incluso	
  al	
  caudal	
  de	
  
             combus]ble.	
  Es	
  el	
  cociente	
  entre	
  el	
  par	
  efec]vo	
  producido	
  por	
  el	
  motor	
  en	
  cierta	
  condición	
  
             de	
  funcionamiento	
  y	
  el	
  máximo	
  que	
  puede	
  producir	
  a	
  esa	
  La	
  regulación	
  del	
  grado	
  de	
  carga	
  se	
  
             consigue	
  de	
  dis]nta	
  manera	
  según	
  el	
  ]po	
  de	
  motor.	
  	
  
Curvas	
  características	
  
	
  Al	
  comparar	
  las	
  curvas	
  mul]paramétricas	
  de	
  isoconsumo	
  específico	
  de	
  un	
  MEP	
  de	
  aspiración	
  
    natura	
  y	
  de	
  un	
  MEC	
  sobrealimentado,	
  se	
  observa:	
  


  –      Mayor	
  máximo	
  de	
  la	
  velocidad	
  lineal	
  media	
  del	
  pistón	
  en	
  el	
  caso	
  de	
  MEP.	
  	
  	
  
  –      Mayor	
  valor	
  de	
  la	
  presión	
  media	
  efec]va	
  del	
  motor	
  MEC	
  frente	
  al	
  MEP.	
  
  	
  
  	
  
  	
  
  	
  
  	
  
  	
  
  	
  
  	
  
  	
  
  	
  
  	
  

                                                                                                        	
  
                                                                                                        	
  
                                                                                                        	
  

                                             Cabe	
  destacar	
  de	
  dichas	
  curvas	
  la	
  línea	
  de	
  plena	
  carga	
  y	
  el	
  polo	
  económico.	
  	
  
Curvas	
  características	
  
       	
  ·∙	
  La	
  línea	
  de	
  plena	
  carga	
  limita	
  por	
  arriba	
  la	
  zona	
  de	
  u]lización	
  del	
  motor,	
  siendo	
  
       una	
  traslación	
  directa	
  de	
  la	
  curva	
  de	
  par	
  motor	
  a	
  plena	
  carga.	
  

	
  

       	
  ·∙	
  El	
  polo	
  económico	
  muestra	
  las	
  condiciones	
  de	
  régimen	
  y	
  carga	
  para	
  las	
  que	
  el	
  
       rendimiento	
  del	
  motor	
  es	
  máximo	
  (gef	
  mínimo).	
  Diseños	
  actuales	
  presentan	
  el	
  
       polo	
  económico	
  para	
  regímenes	
  intermedios	
  tanto	
  en	
  MEC	
  como	
  en	
  MEP.	
  

       	
  Como	
  consecuencia	
  del	
  proceso	
  de	
  combus]ón,	
  los	
  MEC	
  suelen	
  presentar	
  su	
  polo	
  
       económico	
  situado	
  en	
  valores	
  más	
  bajos	
  de	
  cm	
  que	
  los	
  MEP.	
  
Curvas	
  características	
  
                   5.	
  Curvas	
  caracterís4cas	
  de	
  otros	
  parámetros	
  

·∙	
  Curvas	
  de	
  interés	
  de	
  cogeneración	
  
                                                   Evolución	
  del	
  consumo	
  específico	
  con	
  la	
  carga,	
  en	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
                                                   términos	
  de	
  potencia,	
  para	
  motores	
  empleados	
  en	
  
                                                                                          	
  	
  	
  	
  	
  cogeneración.	
  
                                                  Aumenta	
  el	
  consumo	
  específico	
  cuando	
  	
  la	
  carga	
  del	
  	
  
                                                                                       	
  	
  	
  motor	
  disminuye.	
  
                                                               Temperatura	
  de	
  escape	
  y	
  gasto	
  másico.	
  
Curvas	
  características	
  
·∙	
  Curvas	
  de	
  emisiones	
  contaminantes                         	
  
	
  
-­‐	
  MEP:	
  	
  *	
  Hidrocarburo	
  sin	
  quemar	
                    -­‐	
  MEC:	
  	
  *	
  NOX	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  *	
  CO	
          	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  *	
  Humos	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  *	
  NOX	
         	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  *	
  Par@culas	
  
	
  
Curva	
  de	
  isoemisiones	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
                                                                       -­‐	
  Menores	
  emisiones	
  de	
  NOX:	
  Zona	
  de	
  bajo	
  
                                                                       régimen	
  y	
  carga	
  :	
  Zona	
  de	
  mayor	
  control:	
  Hay	
  
                                                                       que	
  actuar.	
  
                                                                       	
  
                                                                       -­‐	
  Mayores	
  emisiones	
  de	
  NOX:	
  Zona	
  de	
  alto	
  
                                                                       régimen	
  y	
  carga	
  

               Ejemplo	
  motor	
  diésel	
  	
  
Curvas	
  características	
  
·∙	
  Ejemplo	
  de	
  mapas	
  de	
  funcionamiento	
  del	
  motor	
  




                                                Curvas EGR de un MEP       Curvas EGR de un MEC
    MEP con inyección directa de gasolína




                                                 Ángulo de avance de la preinyección de un motor
Ángulo de avance al encendido de un MEP                      diésel sobrealimentado
Curvas	
  características	
  
6.	
  Variación	
  de	
  la	
  potencia	
  con	
  la	
  altura	
  en	
  aplicaciones	
  aeronáu4cas	
  
•    Nivel	
  de	
  vuelo	
  está	
  determinado	
  por	
  la	
  presión,	
  no	
  por	
  la	
  distancia	
  al	
  suelo.	
  

•    Creación	
  de	
  la	
  norma:	
  Atmósfera	
  Estándar	
  Internacional	
  (	
  InternaGonal	
  Standard	
  
     Atmosphere	
  o	
  ISA	
  ).	
  

•    La	
  ISA	
  ]ene	
  muy	
  buena	
  aproximación	
  entre	
  al]tud	
  y	
  presión.	
  

•    Ecuaciones	
  de	
  Toussaint	
  (válidas	
  hasta	
  los	
  11.000	
  m	
  ):	
  

                                                   TZ=	
  T0+	
  6,5·∙10-­‐3	
  z	
  
                                                                 	
  
                                    p =	
  p (	
  T +	
  6,5·∙10-­‐3	
  z/T )(g/6,5·∙10^-­‐3	
  R)	
  
                                     Z      0      0               	
      0

                                   ρZ=	
  ρ0(T0+	
  6,5·∙10-­‐3	
  z/T0)(g6,5·∙10^-­‐3	
  R)-­‐1	
  
                         	
  
Curvas	
  características	
  
·∙	
  Para	
  MCIA	
  en	
  aviación:	
  
             	
  -­‐	
  Curvas	
  de	
  calibrado	
  al	
  nivel	
  del	
  mar.	
     Obtenidas:	
  
              	
  -­‐	
  Curvas	
  de	
  calibrado	
  en	
  altura.	
                          	
  -­‐	
  Según	
  ISA.	
  




                                            	
  ·∙	
  Con	
  dichas	
  curvas	
  obtenemos:	
  	
  
                                                                	
  -­‐	
  La	
  potencia	
  en	
  condiciones	
  no	
  estándar.	
  
                                            	
  
                                            ·∙	
  Cada	
  gráfica	
  de	
  hace	
  para	
  un	
  dosado	
  determinado.	
  
                                            	
  
                                            ·∙	
  Cada	
  gráfica	
  se	
  hace	
  para	
  un	
  dosado	
  determinado.	
  
Curvas	
  características	
  
                                                          Fisionomía	
  de	
  las	
  curvas	
  
•      Curvas	
  de	
  calibrado	
  al	
  nivel	
  del	
  mar:	
  
                	
  -­‐	
  Potencia	
  suministrada	
  en	
  función	
  de:	
  

                	
                  	
  ·∙	
  	
  La	
  velocidad	
  de	
  giro.	
  

                	
                  	
  ·∙	
  La	
  presión	
  de	
  admisión.	
  

	
  

                	
  -­‐	
  Representación	
  de	
  la	
  curva	
  de	
  máxima	
  

	
              	
  	
  	
  	
  	
  	
  potencia	
  en	
  despegue.	
  
Curvas	
  características	
  
•    Curvas	
  de	
  calibrado	
  en	
  altura:	
  
             	
  -­‐	
  Potencia	
  suministrada	
  en	
  función	
  de:	
  

             	
              	
  ·∙	
  La	
  presión	
  de	
  admisión.	
  
             	
              	
  ·∙	
  La	
  Al]tud	
  de	
  vuelo.	
  
             	
              	
  ·∙	
  Régimen	
  de	
  giro.	
  
             	
  -­‐	
  Dis]nguimos	
  dos	
  tramos:	
  
             	
              	
  ·∙	
  Tramo	
  ascendente	
  (motores	
  sobrealimentados)	
  
             	
              	
  ·∙	
  Tramo	
  descendente	
  (Reduce	
  la	
  potencia	
  suministrada	
  por	
  el	
  motor)	
  
Curvas	
  características	
  
                                        Altura	
  de	
  restablecimiento	
  o	
  altura	
  crí]ca	
  

•    Altura	
  crí]ca:	
  Altura	
  mínima	
  a	
  la	
  que	
  se	
  puede	
  u]lizar	
  totalmente	
  el	
  compresor	
  (sin	
  el	
  
     limitador	
  de	
  presión)	
  
•    La	
  pendiente	
  puede	
  variar	
  dependiendo	
  si	
  el	
  compresor	
  está	
  arrastrado	
  por:	
  
              	
  -­‐	
  Cigüeñal	
  
              	
  -­‐	
  Turbocompresor	
  
•    Si	
  la	
  temperatura	
  no	
  corresponde	
  a	
  la	
  atmosférica,	
  se	
  u]liza	
  la	
  siguiente	
  corrección:	
  


                                                  Ne,t=Ne,ts	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  ((273+	
  ts)/(273+t))	
  
•    Como	
  alterna]va:	
  
              	
  -­‐	
  Disminuir	
  un	
  0,2%	
  la	
  potencia,	
  por	
  cada	
  ºC	
  en	
  exceso.	
  
Curvas	
  características	
  
                                                                8.	
  Caso	
  prác4co	
  
	
  
-­‐	
  Carácterísa]cas	
  del	
  motor	
  de	
  serie	
                              -­‐	
  Modificaciones	
  realizadas	
  al	
  motor	
  
                                                                           	
  

           Tabla de características principales del motor de serie                ·∙	
  Instalación	
  de	
  árboles	
  de	
  levas	
  de	
  la	
  marca	
  
                                                                                  CAT-­‐CAMS.	
  
          Tipo de motor                                  NFX                      ·∙	
  	
  Modificación	
  de	
  la	
  mariposa	
  de	
  admisión	
  
        Código de motor                                 TU5J4                     aumentando	
  su	
  diámetro	
  de	
  50	
  a	
  55	
  mm	
  
         Cilindrada (cm3)                                1587                     mediante	
  un	
  torneado.	
  
     DiámetroxCarrera (mm)                             78,5x82                    ·∙	
  Modificación	
  de	
  la	
  culata,	
  rebaje,	
  planificado	
  
     Relación de compresión                             10,8:1                    y	
  mejora	
  de	
  los	
  conductos	
  de	
  admisión	
  y	
  
                                                                                  escape.	
  	
  
   Potencia máxima a r.p.m (Cv)                       120 a 6600                  ·∙	
  Modificación	
  de	
  volante	
  motor.	
  
    Par máximo a r.p.m (m·kg)                         15 a 5200                   ·∙	
  Modificación	
  del	
  sistema	
  de	
  escape.	
  
       Gestión electrónica                             IAWP41                     ·∙	
  Lapeado	
  del	
  bloque	
  de	
  cilindros.	
  
                                                                                  ·∙	
  Modificación	
  de	
  la	
  electrónica.	
  	
  	
  
Curvas	
  características	
  
-­‐	
  Montaje	
  de	
  las	
  tres	
  lanzadas	
  
Curvas	
  características	
  
-­‐	
  Tabla	
  compara]va	
  




                                      TABLA COMPARATIVA
                         MOTOR SERIE                  MOTOR MODIFICADO
              Rel. Compresión        10,8.1        12,0:1       Rel. Compresión
             Potencia máxima a                                    Potencia máxima a
                 r.p.m (Cv)       120 a 6600     137,063 a 6936       r.p.m (Cv)
             Par máximo a r.p.m                                   Par máximo a r.p.m
                   (m·kg)         15 a 5200       15,27 a 5058          (m·kg)
Curvas	
  características	
  
                                                     7.	
  Bibliogra[a	
  
•          Payri,	
  F.;	
  Desantes,	
  J.M.:	
  “Motores	
  de	
  CombusGón	
  Interna	
  AlternaGvos”.	
  Ed.	
  
           Reverté,	
  2011.	
  

	
  	
  

•          Rodríguez	
  Antón,	
  L.M.:	
  “Apuntes	
  de	
  Sistemas	
  Auxiliares	
  de	
  Motores	
  y	
  Máquinas”.	
  
           Servicio	
  de	
  Publicaciones	
  EUITI-­‐Madrid,	
  2004/2005.	
  



•          SportDyno34,	
  programa	
  del	
  banco	
  de	
  potencia.	
  

                                                                	
  

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Curvas ca..

  • 1. ESCUELA  UNIVERSITARIA  DE  INGENIERÍA  TÉCNICA  INDUSTRIAL   DEPARTAMENTO  DE  MECÁNICA  INDUSTRIAL     CURVAS  CARACTERÍSTICAS  Y   APLICACIONES     Rubén  García  Navas  49061   José  Gonzalo  Lorenzo  Silvestre  48511   Jonatan  Mar@n  Blázquez  48482   Óscar  Ruiz  Gómez  49050   Miguel  Ángel  Sánchez  Rouco  48688   Pedro  Zambrana  García  48650    
  • 2. Curvas  características   Indice   1.  Introducción   2.  Variables  que  afectan  a  los  parámetros  de  salida  del  motor   3.  Curvas  caracterís]cas  a  plena  carga   4.  Curvas  caracterís]cas  a  carga  parcial   5.  Curvas  caracterís]cas  de  otros  parámetros   6.  Variación  de  la  potencia  con  la  altura  en  aplicaciones  aeronáu]cas   7.  Bibliogra_a   8.  Caso  prác]co  
  • 3. Curvas  características   1.  Introducción   Definición:    Diagramas  que  representan  uno  o  varios  parámetros  de  interés  en  función  de  las  condiciones      opera]vas  del  motor.     Parámetros  de  interés:    Potencia.    Par.    Pme  (presión  media  efec]va).    Consumo  o  rendimiento.    Emisiones.    Dosado.    Caudales  y  temperaturas.    Tasa  de  EGR.    …      “en  general  cualquier  otro  parámetro  que  pueda  ser  de  interés  en  una  determinada     aplicación”  
  • 4. Curvas  características   Obje]vo:      -­‐  Mostrar  el  intervalo  de  uso  de  sus  variables  de  operación,  sustancialmente  carga  y  régimen  de  giro.                    -­‐  Describir  la  variación  de  los  parámetros  de  los  MCIA  en  función  de  las  condiciones  de  operación.      -­‐  Evaluar  la  idoneidad  de  un  motor  para  una  determinada  aplicación.      -­‐  La  comparación  de  diferentes  motores  entre  sí.    
  • 5. Curvas  características   Tipos  de  curvas:    Curvas  caracterís4cas  de  velocidad.  Presentan  los  parámetros  del  motor  en      función  del  régimen  de  giro  y  para  un  grado  de  carga  constante.                                Curvas  caracterís4cas  de  carga.  Presentan  los  parámetros  del  motor  en  función  de      la  carga  para  un  régimen  de  giro  determinado.    
  • 6. Curvas  características   Curvas  caracterís4cas  mul4paramétricas.  Presentan  la  variación  de  los  parámetros  de  salida  del   motor  en  función  de  más  de  una  variable  de  operación.                        Curvas  caracterís4cas  de  regulación  (calibración).  Su  estructura  y  naturaleza  es  muy   dependiente  de  la  aplicación  así  como  del  parámetro  de  regulación  empleado.    
  • 7. Curvas  características   Disposición  de  las  curvas:    Automoción  (general):      -­‐  2  grados  de  libertad  “gdl”  (posición  del  acelerador  y  par  de  frenado)        -­‐  2  variables  →  el  régimen  de  giro  ”n”  y  par.      Generación  de  electricidad:      -­‐  El  motor  gira  “n”  fijo,  ↓  el  “gdc”  a  1.        Aeronáu]ca:      -­‐  Se  puede  seleccionar  un  dosado  independiente  de  la  posición  de  la  mariposa  de   admisión,  ↑  ”gdc”.  
  • 8. Curvas  características   Normalización  de  parámetros        -­‐  Par  motor  y  potencia  →  presión  media  efec]va  y  potencia  por  unidad  de   superficie  del  émbolo.      -­‐  El  consumo  específico  →  ηe  del  motor,  independiente  del  combus]ble  empleado.      *La  cogeneración  →  parámetro  de  estudio  →  calor  residual  del  motor  →  valor   industrial  y  económico  como  fuente  de  energía*  
  • 9. Curvas  características   Principales  variables  de  operación  de  los  MCIA:    -­‐  El  régimen  de  giro  →  amplios  intervalos  de  funcionamiento.            -­‐  Grado  de  carga  complementa  al  régimen  de  giro,  definiendo  las  condiciones  de        funcionamiento  del  motor.          -­‐  Para  comparar  motores  se  normalizan  algunas  variables  de  operación.        *Velocidad  lineal  media  del  pistón  en  lugar  del  régimen  de  giro*        -­‐  Empleo  de  variables  secundarias  que  complementen  a  otras.      *Operación  en  condiciones  atmosféricas  no  estándar*      
  • 10. Curvas  características   Diferencia  entre  grado  de  carga  en  MEP  Y  MEC:   –  MEP  :     •   Motor  alimentado  por  mezcla  homogénea  en  carrera  de  admisión.     •  Carga  regulada  por  mariposa  de  admisión.   •  ↓  grado  de  carga  →↓  entrada  de  mezcla  en  el  cilindro.     –  MEC:   •  La  inyección  se  produce  al  final  de  la  carrera  de  compresión  sin  variar  la  can]dad   de  aire  aspirado  cuando  se  modifica  el  grado  de  carga  a  régimen  constante.  
  • 11. Curvas  características   2.  Variables  que  afectan  a  los  parámetros  de  salida  del  motor     ·∙    Dosado         MEC   MEP       -­‐  Variable  de  control  del  grado  de  carga.   -­‐  Su  variación  es  considerablemente     menor.   -­‐  Influye  →  potencia  efec]va     matemá]camente  y  a  través  del  ηe  (  ηi  )   -­‐  Influye  →  desarrollo  de  la  combus]ón  y       sobre  el  ηe.     -­‐  Valor  máximo  →  emisiones  (hollín  y  NOx).         -­‐  Influye  →  temperaturas  tanto  del  gas  de   -­‐  Limitación  por  carga  térmica  →  dosados   escape,  como  del  agua  de  refrigeración.   mayores.       -­‐  Considerar  sus  variaciones  en  función  del   -­‐  Sobre  el  consumo  específico  →   grado  de  carga  y  régimen  de  giro  del   motor.   matemá]camente,  a  través  del  ηe.  
  • 12. Curvas  características   ·∙  Presión  y  temperatura  de  admisión:      -­‐  La  Padm    →  variable  de  control  de  la  carga  en  los  MEP.      -­‐  Regulación  →  válvula  de  mariposa  y  mediante  el  grado  de  sobrealimentación.      -­‐  Influye  →  renovación  de  la  carga,  alterando  la  combus]ón.      -­‐  En  verdad  el  grado  de  carga  en  MEP  depende  de  ρadm  (P  y  T).        -­‐  Δt  →  transmisión  de  calor,  evaporación  combus]ble  (MEP)  
  • 13. Curvas  características   ·∙  Régimen  de  giro:      -­‐  Variable  de  operación  dependiente  del  acoplamiento  entre  la  potencia    suministrada  por  el  motor  y  la  oposición  al  giro  que  ejerce  el  elemento    accionado  por  el  mismo.        -­‐  Si  “n”  varía  →  varía  la  potencia  entregada  por  el  MCIA.      -­‐Funcionamiento  óp]mo  →  en  un  “n”determinado,  pero  en  un  motor    alterna]vo  se  presenta  un  amplio  rango  de  “n”  adecuado.      -­‐  “n”  fijo  →  por  cues]ones  de  la  maquinaria.      -­‐  Si  “n”  varía  →  afecta  renovación  de  la  carga  y    combus]ón  
  • 14. Curvas  características   ·∙  Caracterís]cas  del  combus]ble:      -­‐  El  índice  de  octano  y  de  cetano  →  al  proceso  de  combus]ón.    -­‐  Combus]bles  gaseosos  →  llenado,  pero  mejoras  en    procesos  de  mezcla  con  el  aire.       El  poder  calorífico  de  una  gasolina  no  varía   apenas  con  el  índice  de  octano     -­‐ Un  MEP  no  varía  por  alimentarlo  con   un  combus4ble  de  ↑  octanaje.   Con  ↑  octanaje  posible  trabajar  con   una  ↑  relación  de  compresión  =>   presiones  medias  efec4vas  máximas  ↑   y  consumos  específicos  mínimos  ↓.  
  • 15. Curvas  características   ·∙  Recirculación  de  gases  de  escape:      -­‐  Reducir    emisiones  de  NOx    afecta  renovación  de  la  carga.          -­‐  Influye  ↓  en  potencia  y    consumo  específico.       ·∙  Avance  al  encendido:    -­‐Valor  óp]mo  →  experimentalmente  buscando  el  Parmax  “centrado  de  la      combus]ón”o  “MBT”.       ·∙  Inyección  de  combus]ble:    -­‐Tanto  al  inicio  como  en  su  distribución  temporal  afectan  a  la  combus]ón  de  un      MEC  
  • 16. Curvas  características   ·∙  Relación  de  compresión    -­‐Variable  de  diseño  y  operación  que  afecta  a  ρ  de  los  MCIA      “Permite  modificar  las  curvas  del  motor,  ↓  el  consumo  específico  a  “n”  ↑  y  a  carga   parcial,  donde  el  riesgo  de  autoencendido  ↓”        -­‐  Se  puede  ↑  la  potencia,  si  el  motor  esta  diseñado  para  soportar  una  mayor  carga  térmica  y   mecánica.         ·∙  Inyección  de  agua  y  metanol    -­‐  La  inyección  de  agua  →  ↑  refrigeración,  ↑  autoencendido  →  ↑  la  potencia  45%    -­‐  Mezclas  agua  y  metanol  (no  congelación)  →  ↑  la  potencia  un  85%.  
  • 17. Curvas  características       3.  Curvas  caracterís4cas  a  plena  carga     •  Definición:  Se  ob]enen  cuando  el  motor  opera  a  plena  carga:   -­‐  Mariposa  abierta  en  MEP   -­‐  Plena  inyección  en  MEC     •  Información:      -­‐  Ordenadas:  Par  motor,  potencia,  consumo  específico,  rendimiento,            emisiones   contaminantes,  rendimiento  volumétrico  …    -­‐  Abscisas:  Velocidad  de  giro.     •  Ensayo   del   motor:   mando   de   control   fijo   en   posición   de   máxima   demanda.   Grado   de   libertad   está   en   el   freno   donde   se     disipa   la   energía.   Regula   el   régimen   de   giro   o   carga,   midiéndose  el  par  motor,  la  potencia  efec]va  y  el  consumo  específico  para  cada  régimen.  
  • 18. Curvas  características   •  Morfología:  En  automoción,  la  morfología  de  las  curvas  caracterís]cas  a  plena   carga  de  un  MCIA  responde  al  ejemplo  mostrado  en  la  figura  (izquierda).      Morfología    debida  al  comportamiento  con  el  régimen  de  las  variables  de  las  que   depende  cada  parámetro.   Morfología  @pica  de  curvas  a  plena  carga  (izda)  y  variación  del  rendimiento  indicado,   mecánico  y  efec]vo  de  un  MCIA  con  el  régimen  (dcha)  
  • 19. Curvas  características   •  Observaciones:     –  Plena  carga  en  MEP  y  MEC  a  dosado  constante.  Variaciones  del  par  motor  con  n  (rpm)  debido  a   variaciones  ɳv,  ɳi  y  ɳm.         •  MEC:  Necesidad  de  reducir  el  dosado  a  elevados  regímenes  de  giro  debido  a  las  emisiones    (al  no   disponer  de  ]empo  suficiente  para  completar  la  combus]ón,  especialmente  en  motores  de  baja   turbulencia).     •  En  MEC:  sistema  de  inyección  corta  el  combus]ble  suministrado  a  par]r  del  régimen  máximo  de   diseño,  produciéndose  en  estos  motores  una  caída  brusca  del  par  a  estos  regímenes.    -­‐  Rendimiento  volumétrico  determina,  en  la  mayor  parte  del  intervalo  de  u]lización  del  motor,  la  forma  de   la  curva  de  par.  A  ↑    regímenes  de  giro,  la    ↓    del  ɳv  y  ɳm    →  el  declive  más  significa]vo  de  la  curva  de   par.  
  • 20. Curvas  características   •  -­‐  El  máximo  de  la  curva  de  potencia  se  presenta  a  mayor  régimen  de  giro  que  el  de   la  de  par.  El  de  par  está  ubicado  en  el  punto  de  tangencia  de  la  curva  de  potencia   con  una  recta  trazada  desde  el  origen  de  coordenadas.  El  régimen  máximo  del   motor  se  suele  situar  ligeramente  a  la  derecha  del  de  máxima  potencia.   -­‐  Consumo  específico  de  combus]ble   mínimo  en  un  régimen  intermedio  de   velocidad.     -­‐ En  bajas  las  disminuye  el  rendimiento   (perdidas  de  calor  en  la  cámara  de   combus]ón  ).   -­‐ En  altas  aumentan  las  pérdidas   mecánicas  consecuencia  de  la  mayor   velocidad  del  pistón.   Curvas  caracterísGcas  a  plena  carga  de   un  MEC  turbosobrealimentado  (Audi  Q7   V12  TDI)  
  • 21. Curvas  características   -­‐     Al   comparar   motores   de   diferente   cilindrada,   es   ú]l   la   u]lización   de   los   parámetros   normalizados:  Se  sus]tuye:          .  El  par  motor  por  la  presión  media  efec]va  en  las  curvas    caracterís]cas.       .   La   comparación   en   términos   de   potencia   se   hace   sobre   la   carga   térmica   (potencia  por  unidad  de  superficie  de  émbolo).     Curvas  de  plena  carga  de   diversos  motores  en  función   del  régimen  de  giro.  
  • 22. Curvas  características   Curvas  caracterís]cas  de  plena  carga  de   los  motores  anteriores  en  función  de  los   parámetros  normalizados  (Cm,  pme  y   Ne_esp  )   •  -­‐  El  ɳi  suele  mantenerse  en  un  valor  casi  constante  para  un  amplio  intervalo  de   valores  de  régimen  de  giro.  El  ɳm  muestra  valores  altos  a  bajo  régimen  y   decrecientes  con  el  régimen  de  giro.  El  gef  suele  aumentar  si  aumenta  el  régimen   de  giro  (excepto  para  bajos).  En  MEC,  suelen  llegar  a  tener  el  mínimo  de  gef  al   menor  régimen  de  u]lización  del  motor.  
  • 23. Curvas  características   -­‐  Según  curva  de  par,  los  MCIA  pueden  ser:   -­‐  Elás]co  :      .    Curva  de  par  muy  plana.      .    Ligeramente  creciente  al  disminuir  el  régimen.        .    Facilita  la  conducción  del  vehículo  (Audi  de  4,2  l  de  las  figuras  anteriores).        -­‐          Exigido:        .    Máximo  de  par  motor  a  alto  régimen.      .    Curva  de  potencia  de  mayor  pendiente,  obligando  al  motor  a  operar  a  elevados  regímenes  de  giro.        .  Intervalo  de  régimen  es  reducido  pero  su  potencia  específica  es  elevada.  (Honda  CBR  600  F  de  las   figuras  anteriores)      Una  u  otra  configuración  para  un  motor  se  consigue  actuando  sobre  las  variables  de  diseño    (rendimiento   volumétrico  y  el  grado  de  sobrealimentación)  
  • 24. Curvas  características   •  Consideraciones  par4culares  según  el  4po  de  motor    -­‐  Evolución  tecnológica  de  los  MCIA  è  másdis]ntos  ]pos  de  motores.    -­‐  Limitaciones  adicionales  a  su  funcionamiento  como:          .  Limitación  de  emisiones  contaminantes        .  Mejora  de  diseños  de  turbocompresores,  distribuciones  y  colectores  de  geometría      variable  o  sistemas  de  mul]inyección  …    -­‐  Tendencias  básicas  de  cada  concepción  de  motor:        MEP  de  aspiración  natural  è  varios  máximos  en  la  curva    de  par.        MEP  sobrealimentado  è  menor  gef  que  el  anterior,  menor  rendimiento,  reducción  brusca    del  par  a  bajo  régimen,  mayor  pme  …        MEC  de  aspiración  natural    è    curva  de  par  más  plana,  menor  pme  que  MEP  equivalente,    menor  rendimiento  que  el  sobrealimentado  …        MEC  sobrealimentado  è  mayor  rendimiento,  disminuye  gasto  específico  de    combus4ble,  sobrealimentación  no  tan  limitada  como  en  MEP  
  • 25. Curvas  características   Curvas  caracterís]cas  de  plena  carga  de  los  MEP.  Buick  V6  de  aspiración  natural  (izda)  y  versión  turbosobrealiemntada   (dcha)   -­‐  Se  observa:  motores  sobrealimentados  suelen  tener  una  curva  de  par  plana  en  función  del   régimen,  es  decir,  son  motores  que  se  pueden  considerar  como  elás]cos.  Mayor  par  y  potencia   efec]vos  al  mismo  régimen.  
  • 26. Curvas  características   4.  Curvas  caracterís4cas  a  carga  parcial •  Definición:  Se  ob]enen  manteniendo  constante  la  velocidad  de  giro  y  variando  la  carga  del   motor:   -­‐  Variando  apertura  de  mariposa  de  admisión  en  MEP   -­‐  Variando  el  caudal  de  combus]ble  inyectado  en  MEC     •  Conceptos:     –  Consumo  específico:  consumo  horario  de  combus]ble  en  relación  a  la  potencia  producida.   Las  unidades  usadas  habitualmente  son  g/kWh,.  Suele  ser  usual  expresarlo  en  litros  por   kilometro.   –  Grado  de  carga  del  motor:.  Se  suele  aplicar  al  par  en  el  eje,  a  la  potencia  e  incluso  al  caudal  de   combus]ble.  Es  el  cociente  entre  el  par  efec]vo  producido  por  el  motor  en  cierta  condición   de  funcionamiento  y  el  máximo  que  puede  producir  a  esa  La  regulación  del  grado  de  carga  se   consigue  de  dis]nta  manera  según  el  ]po  de  motor.    
  • 27. Curvas  características    Al  comparar  las  curvas  mul]paramétricas  de  isoconsumo  específico  de  un  MEP  de  aspiración   natura  y  de  un  MEC  sobrealimentado,  se  observa:   –  Mayor  máximo  de  la  velocidad  lineal  media  del  pistón  en  el  caso  de  MEP.       –  Mayor  valor  de  la  presión  media  efec]va  del  motor  MEC  frente  al  MEP.                               Cabe  destacar  de  dichas  curvas  la  línea  de  plena  carga  y  el  polo  económico.    
  • 28. Curvas  características    ·∙  La  línea  de  plena  carga  limita  por  arriba  la  zona  de  u]lización  del  motor,  siendo   una  traslación  directa  de  la  curva  de  par  motor  a  plena  carga.      ·∙  El  polo  económico  muestra  las  condiciones  de  régimen  y  carga  para  las  que  el   rendimiento  del  motor  es  máximo  (gef  mínimo).  Diseños  actuales  presentan  el   polo  económico  para  regímenes  intermedios  tanto  en  MEC  como  en  MEP.    Como  consecuencia  del  proceso  de  combus]ón,  los  MEC  suelen  presentar  su  polo   económico  situado  en  valores  más  bajos  de  cm  que  los  MEP.  
  • 29. Curvas  características   5.  Curvas  caracterís4cas  de  otros  parámetros   ·∙  Curvas  de  interés  de  cogeneración   Evolución  del  consumo  específico  con  la  carga,  en                                       términos  de  potencia,  para  motores  empleados  en            cogeneración.   Aumenta  el  consumo  específico  cuando    la  carga  del          motor  disminuye.   Temperatura  de  escape  y  gasto  másico.  
  • 30. Curvas  características   ·∙  Curvas  de  emisiones  contaminantes     -­‐  MEP:    *  Hidrocarburo  sin  quemar   -­‐  MEC:    *  NOX                              *  CO                              *  Humos                              *  NOX                              *  Par@culas     Curva  de  isoemisiones                                                 -­‐  Menores  emisiones  de  NOX:  Zona  de  bajo   régimen  y  carga  :  Zona  de  mayor  control:  Hay   que  actuar.     -­‐  Mayores  emisiones  de  NOX:  Zona  de  alto   régimen  y  carga   Ejemplo  motor  diésel    
  • 31. Curvas  características   ·∙  Ejemplo  de  mapas  de  funcionamiento  del  motor   Curvas EGR de un MEP Curvas EGR de un MEC MEP con inyección directa de gasolína Ángulo de avance de la preinyección de un motor Ángulo de avance al encendido de un MEP diésel sobrealimentado
  • 32. Curvas  características   6.  Variación  de  la  potencia  con  la  altura  en  aplicaciones  aeronáu4cas   •  Nivel  de  vuelo  está  determinado  por  la  presión,  no  por  la  distancia  al  suelo.   •  Creación  de  la  norma:  Atmósfera  Estándar  Internacional  (  InternaGonal  Standard   Atmosphere  o  ISA  ).   •  La  ISA  ]ene  muy  buena  aproximación  entre  al]tud  y  presión.   •  Ecuaciones  de  Toussaint  (válidas  hasta  los  11.000  m  ):   TZ=  T0+  6,5·∙10-­‐3  z     p =  p (  T +  6,5·∙10-­‐3  z/T )(g/6,5·∙10^-­‐3  R)   Z 0 0   0 ρZ=  ρ0(T0+  6,5·∙10-­‐3  z/T0)(g6,5·∙10^-­‐3  R)-­‐1    
  • 33. Curvas  características   ·∙  Para  MCIA  en  aviación:    -­‐  Curvas  de  calibrado  al  nivel  del  mar.   Obtenidas:    -­‐  Curvas  de  calibrado  en  altura.    -­‐  Según  ISA.    ·∙  Con  dichas  curvas  obtenemos:      -­‐  La  potencia  en  condiciones  no  estándar.     ·∙  Cada  gráfica  de  hace  para  un  dosado  determinado.     ·∙  Cada  gráfica  se  hace  para  un  dosado  determinado.  
  • 34. Curvas  características   Fisionomía  de  las  curvas   •  Curvas  de  calibrado  al  nivel  del  mar:    -­‐  Potencia  suministrada  en  función  de:      ·∙    La  velocidad  de  giro.      ·∙  La  presión  de  admisión.      -­‐  Representación  de  la  curva  de  máxima                potencia  en  despegue.  
  • 35. Curvas  características   •  Curvas  de  calibrado  en  altura:    -­‐  Potencia  suministrada  en  función  de:      ·∙  La  presión  de  admisión.      ·∙  La  Al]tud  de  vuelo.      ·∙  Régimen  de  giro.    -­‐  Dis]nguimos  dos  tramos:      ·∙  Tramo  ascendente  (motores  sobrealimentados)      ·∙  Tramo  descendente  (Reduce  la  potencia  suministrada  por  el  motor)  
  • 36. Curvas  características   Altura  de  restablecimiento  o  altura  crí]ca   •  Altura  crí]ca:  Altura  mínima  a  la  que  se  puede  u]lizar  totalmente  el  compresor  (sin  el   limitador  de  presión)   •  La  pendiente  puede  variar  dependiendo  si  el  compresor  está  arrastrado  por:    -­‐  Cigüeñal    -­‐  Turbocompresor   •  Si  la  temperatura  no  corresponde  a  la  atmosférica,  se  u]liza  la  siguiente  corrección:   Ne,t=Ne,ts                  ((273+  ts)/(273+t))   •  Como  alterna]va:    -­‐  Disminuir  un  0,2%  la  potencia,  por  cada  ºC  en  exceso.  
  • 37. Curvas  características   8.  Caso  prác4co     -­‐  Carácterísa]cas  del  motor  de  serie   -­‐  Modificaciones  realizadas  al  motor     Tabla de características principales del motor de serie ·∙  Instalación  de  árboles  de  levas  de  la  marca   CAT-­‐CAMS.   Tipo de motor NFX ·∙    Modificación  de  la  mariposa  de  admisión   Código de motor TU5J4 aumentando  su  diámetro  de  50  a  55  mm   Cilindrada (cm3) 1587 mediante  un  torneado.   DiámetroxCarrera (mm) 78,5x82 ·∙  Modificación  de  la  culata,  rebaje,  planificado   Relación de compresión 10,8:1 y  mejora  de  los  conductos  de  admisión  y   escape.     Potencia máxima a r.p.m (Cv) 120 a 6600 ·∙  Modificación  de  volante  motor.   Par máximo a r.p.m (m·kg) 15 a 5200 ·∙  Modificación  del  sistema  de  escape.   Gestión electrónica IAWP41 ·∙  Lapeado  del  bloque  de  cilindros.   ·∙  Modificación  de  la  electrónica.      
  • 38. Curvas  características   -­‐  Montaje  de  las  tres  lanzadas  
  • 39. Curvas  características   -­‐  Tabla  compara]va   TABLA COMPARATIVA MOTOR SERIE MOTOR MODIFICADO Rel. Compresión 10,8.1 12,0:1 Rel. Compresión Potencia máxima a Potencia máxima a r.p.m (Cv) 120 a 6600 137,063 a 6936 r.p.m (Cv) Par máximo a r.p.m Par máximo a r.p.m (m·kg) 15 a 5200 15,27 a 5058 (m·kg)
  • 40. Curvas  características   7.  Bibliogra[a   •  Payri,  F.;  Desantes,  J.M.:  “Motores  de  CombusGón  Interna  AlternaGvos”.  Ed.   Reverté,  2011.       •  Rodríguez  Antón,  L.M.:  “Apuntes  de  Sistemas  Auxiliares  de  Motores  y  Máquinas”.   Servicio  de  Publicaciones  EUITI-­‐Madrid,  2004/2005.   •  SportDyno34,  programa  del  banco  de  potencia.