APORTE MEJORAMIENTO DE LOS MOTORES

CESAR AUGUSTO CASTRO DEVIA COD: 201129391602

FUNDACION UNIVERSITARIA LOS LIBERTADORES FACULTAD DE INGENIERIAS

INGENIERIA MECANICA MOTORES A COMBUSTION

BOGOTA D.C 2014

APORTE MEJORAMIENTO DE LOS MOTORES

CESAR AUGUSTO CASTRO DEVIA COD: 201129391602

CONSULTA Para optar nota en el tercer corte Académico

Ingeniero Mecánico EDISSON HERNANDO PAGUATIAN

Docente

FUNDACION UNIVERSITARIA LOS LIBERTADORES FACULTAD DE INGENIERIAS

INGENIERIA MECANICA MOTORES A COMBUSTION

BOGOTA D.C 2014

APORTE MEJORAMIENTO DE LOS MOTORES Teniendo en cuenta la evolución de los motores a combustión, siempre se ha querido llegar al mejoramiento de los motores alternativos empleados en el automóvil, los cuales funcionan en el ciclo de cuatro tiempos, los de encendido por chispa (explosión). En los motores de explosión, el combustible puede hacerse llegar al cilindro por mediación del carburador, que realiza y dosifica la mezcla de aire y combustible. La parte de energía suministrada al motor que no aparece en forma de trabajo mecánico, se pierde en forma de calor. Supongamos un motor que está funcionando y conservemos lo que pasa en un cilindro, dado que la combustión se produce en un tiempo muy corto, podemos admitir que todo el calor se emplea en elevar la temperatura. En el escape, los gases poseen aún, una temperatura bastante elevada, pues solamente han cedido calor por expansión y por perdida a través de las paredes. Para reducir esta pérdida al mínimo, se ha de procurar enfriar los gases cuantos sea posible, pero de una manera útil, puesto que la pérdida es la misma si el calor es disipado por los gases a la atmósfera, o bien cedido a las paredes. La manera útil de enfriarlos es aumentar la carrera de expansión. El trabajo empleado en comprimir el gas antes de la combustión, reduce el trabajo disponible para aumentar el rendimiento, no es necesario disminuir la compresión, sino todo lo contrario. Por una parte, el gas se calienta al ser comprimido y esta energía aparece durante el periodo útil del ciclo. De otra parte, es evidente que al final de la compresión interesa obtener una presión tan elevada como sea posible, y esta es tanto más elevada, cuanto mayor sea la cantidad de combustible quemado en un recinto dado. Finalmente, para obtener una combustión rápida hay que emplear un encendido intenso y se busca conseguir las condiciones que se requieren para obtener un rendimiento elevado como:

Mantener los cilindro a elevada temperatura Reducir en lo posible la duración de la expansión Disminuir la superficie de las paredes Aumentar la carrera de la expansión Reducir al máximo la contrapresión en el tiempo de escape. Reducir al máximo la depresión en el tiempo de aspiración Calentar el gas antes de introducirlo en el cilindro. Adoptar una compresión elevada Emplear un encendido intenso

MÁS FRÍO PARA MEJORAR EL RENDIMIENTO Y LA EFICIENCIA DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN: HASTA EL 70%

Mientras llegan y se popularizan los coches capaces de moverse sin combustibles fósiles, muchos ingenieros trabajan día a día para aumentar el rendimiento (me refiero a prestaciones) y mejorar la eficiencia (me refiero a consumo) de los actuales motores de combustión interna, de gasolina o diésel. RTU, Revolutionary Technologies United, es una empresa de ingeniería eslovaco-norteamericana fundada en 1991, que se ocupa de la investigación y desarrollo de mejoras para motores de combustión, en lo referente a materiales, diseño, refrigeración, etcétera, conducentes a mejorar el rendimiento termodinámico y mejorar las prestaciones y a la vez reducir el consumo y emisiones de los motores. Recientemente ha presentado el motor pseudo - adiabático, RTU eFone, que promete más potencia, más par y menos consumo, y rozar el 70% de eficiencia (¿tanto?). RTU EFONE: EL MOTOR PSEUDO-ADIABÁTICO DE 813 CV Y SOLO 5,3 L/100

KM

RTU en estos más de 20 años de historia trabaja por ejemplo construyendo o modificando motores para competición. Y eso es lo que ha hecho para conseguir este motor que ha presentado. Ha trabajado con dos motores, uno de origen Grupo Volkswagen (Audi), un 2.5 de inyección directa y turbo de cinco cilindros, y el otro de origen Subaru, un 1.6 turbo de cuatro cilindros bóxer (cilindros opuestos en horizontal). El motor Audi 2.5 turbo tiene en su versión menos potente, por ejemplo en un Volkswagen Jetta, sin turbo, solo 170 CV (125 kW) y 230 Nm de par (sin turbo, insisto), aunque es cierto que con modificaciones en Audi este mismo motor puede llegar a 340 CV (250 kW) y 450 Nm de par (con turbo). Pues bien, RTU asegura que consigue sacar 813 CV (598 kW) y 1.000 Nm de par. No lo dice en teoría, ha modificado motores reales y los has comprobado en banco de pruebas.

RTU GRÁFICAS DEL MOTOR PSEUDO-ADIABÁTICO 2.5 CINCO CILINDROS Pero lo más sorprendente es que además de mejorar el rendimiento y obtener mejores prestaciones, también consigue reducir el consumo. Ese motor tiene un consumo combinado (ciclo NEDC europeo) de 8,9 l/100 km en un Volkswagen Jetta, o de 9,0 l/100 km en un Audi TT RS. Ese motor modificado como pseudo-adiabático consume solo 5,3 l/100 km según indica RTU (ver tabla superior). Esto significa que es 2,4 veces más potente que el motor original de Audi y que consume un 41% menos de gasolina. Es muy impresionante (quizás demasiado).

De todos modos sobre el banco de pruebas, el motor antes de las modificaciones tiene un consumo de 6,9 l/100 km, a 1.850 rpm y 115 km/h de velocidad, y el motor modificado tiene un consumo de 5,3 l/100 km a idéntico régimen y velocidad (ver vídeo final). Esto significa que en igualdad técnica de condiciones consume un 23% menos, ya no parece tanto, pero sigue siendo una mejora. Lo siguiente que habría que hacer es comprobar el consumo con el motor montado en un coche, en un ciclo de homologación, o mejor aún en la calle. La reducción en el consumo es del orden de la del motor experimental de Delphi, el motor de gasolina GDCI, de inyección directa de gasolina de encendido por compresión, que reducía el consumo un 33%.

MÁS FRÍO EN LA ADMISIÓN, MENOS PÉRDIDAS POR CALOR

La pregunta es: ¿cómo se consigue sacar más caballos y a la vez reducir el consumo? Y la respuesta es haciendo lo más adiabático posible el motor, o en otras palabras, desperdiciando menos energía en forma de calor. Hay que tener presente que el motor ideal sería aquel que fuera perfectamente adiabático, esto es que el trabajo que realizara fuera sin que hubiera intercambios de calor entre el sistema y el exterior. Pero claro, esto en un ciclo de combustión interna, del tipo que sea, no es posible, ya sea por la propia temperatura de la combustión, ya sea por la fricción de componentes. De hecho se desperdicia tanto calor en los motores de combustión interna que hay que tener sistemas de refrigeración complejos que eviten el sobrecalentamiento del mismo. Ese exceso de calor que se produce es el que se disipa directamente o por el radiador del coche, a través del líquido refrigerante.

RTU esquema de funcionamiento del motor pseudo - adiabático Fuente: Imagen tomada de la página http://www.motorpasionfuturo.com/[08 de Mayo de 2014]

Pues bien, RTU ha desarrollado el motor pseudo - adiabático, es decir, que se acerca más a lo ideal, a ser adiabático (o eso dicen). Para ello hay que cambiar los pistones y sus aros, y también el colector de admisión y la unidad de control del motor (la ECU). No cuentan sus secretos, pero también se re-mecanizan varias piezas y se cambia algún otro componente del motor (como la culata…) No parece que mejoren el aislamiento térmico del motor, luego adiabático adiabático del todo, no va a ser. Un motor turboalimentado existente puede modificarse para ser un motor pseudo - adiabático, no es necesario que los ingenieros de tal o cual marca de coches desechen por completo el motor y empiecen de cero. Sin entrar en detalles (porque los guardan en secreto) de algún modo se modifica la temperatura del aire de admisión y se enfría todavía más antes de introduirlo en la cámara. Así se reduce la temperatura final en el ciclo, y si hay menos temperatura, es que se pierde menos energía. Claro, si hay que sobre-enfriar el aire, por ejemplo con una máquina de frío, eso implica consumo de energía, que tal vez no estén considerando en el funcionamiento exclusivo del motor. Afirma RTU que ya no es necesario el mismo sistema de refrigeración del motor actual, y que tampoco sería necesario el convertidor catalítico de los gases de escape (el catalizador, vaya).

RTU motor pseudo-adiabático eficiencia Fuente: Imagen tomada de la página http://www.motorpasionfuturo.com/[08 de Mayo de 2014]

¿70% de eficiencia? Lo dicho: RTU dice que todo esto supone que la eficiencia del motor puede ser de hasta el 70% (el truco puede ser el decir “hasta”), aunque a mí no me cuadra si la reducción del consumo es del 23%, ya que para hacer el mismo trabajo, y duplicar la eficiencia, el consumo de energía debería de reducirse a la mitad. No olvidemos que para un motor de gasolina de ciclo Otto, esa eficiencia del 70% estaría en el orden de la eficiencia máxima teórica en condiciones ideales (si todo fuera perfecto). Es un poco extraño. ¿Aumentan también la compresión? No sabemos

más. Pero si el consumo se reduce un 23%, y se parte de un motor con una eficiencia del 30%, se pasaría a una eficiencia de alrededor de un 43% aproximadamente. Eso sí, siendo prudentes, pero sin menospreciar los avances, todo esto es útil e invita a un nuevo downsizing, ya que si se puede sacar tanta potencia a un motor, este puede ser todavía más pequeño, y por tanto consumir aún menos. Sea como fuere, bienvenida sea toda reducción de consumo. Ahora falta ver qué fabricantes se animan a incorporar esta tecnología en motores de producción masiva que podamos tener todos. Yo sigo opinando que necesitamos una reducción drástica e inmediata en nuestro consumo de energía y en las emisiones que generamos y que eso implica también reducir drásticamente el consumo de combustibles fósiles. Y lo mejor para eso es cambiar a motores de otro tipo, no térmicos.