7/26/2019 Los Lmites de La Eficiencia Trmica en Motores Gasolina y Disel

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Los lmites de la eficiencia trmica enmotores gasolina y disel

David G.Arts( @@davidgartes) el 2 de octubre de 202!"#$A%&'%

!omo emos citado ya en multitud de ocasiones las

m*+uinas trmicas (como los motores de gasolina y

disel) tienden a des,erdiciar gran cantidad de

energa en forma de calor. $ese a lo +ue ,udiese

,arecer la tecnologa en constante evoluci-n tan

s-lo ,uede araar algunos ,untos ,orcentuales en

esa gran cantidad de energa des,erdiciada

,or+ue las mquinas trmicas estn limitadas demodo absoluto,or las leyes fsicas en las +ue se

http://www.diariomotor.com/tecmovia/author/david-garcia/http://www.diariomotor.com/tecmovia/author/david-garcia/http://www.twitter.com/@davidgarteshttp://www.twitter.com/@davidgarteshttp://www.tecmovia.com/2012/03/18/la-energia-no-se-crea-ni-se-destruye/http://www.tecmovia.com/2012/03/18/la-energia-no-se-crea-ni-se-destruye/http://www.twitter.com/@davidgarteshttp://www.tecmovia.com/2012/03/18/la-energia-no-se-crea-ni-se-destruye/http://www.tecmovia.com/2012/03/18/la-energia-no-se-crea-ni-se-destruye/http://www.diariomotor.com/tecmovia/author/david-garcia/

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basa su funcionamiento +ue son los ,rinci,ios de la

termodin*mica.

La creciente eficiencia de los motoresactuales ya no puede estar demasiadolejos de su lmite termodinmico

De forma sencilla vamos a ver cu*les son estos

,rinci,ios c-mo afectan al rendimiento de los

motores de combusti-n y ,or +u la creciente

eficiencia de los motores actuales ya no puede

estar demasiado lejos de su lmite

termodinmico. Dico de otro modo ,ara lograr

consumos sustancialmente menores +ue los

actuales incidiendo s-lo en la tecnologa de los

motores no sera suficiente con su evoluci-n sino

+ue sera necesario dejar atrs las mquinas

trmicas en favor de otro tipo de propulsores.

Rendimiento o efciencia

de una mquina trmica

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$arece im,ortante em,e/ar definiendo el conce,to

de eficiencia o rendimiento +ue vamos a utili/ar

indistintamente a lo largo de todo el artculo. As

,ues entendemos el rendimientode un motor

como el trabajo realizado por cada unidad de

energa consumida.

i el traba1o reali/ado ,or el motor (generaci-n de

movimiento) fuese igual a la energa +umica del

combustible utili/ado ,ara ,roducirlo la eficiencia

de ese supuesto motor sera de un

100%(eficiencia ,erfecta).

"bviamente ningn proceso puede tener una

eficiencia superior al 100%,or+ue eso sera tanto

como decir +ue se estara creando energa nueva. l

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,rimer ,rinci,io de la termodin*mica (conservaci-n

de la energa) niega esta ,osibilidad.

$or otro lado cuando el traba1o reali/ado es menor

+ue la energa consumida la ,rdida o diferenciaentre ambos valores se transforma en calor +ue

,odemos considerar como energa in3til y ,or lo

tanto ,erdida.

La efciencia mxima deuna mquina trmica: el

ciclo de CarnotExiste un lmite absoluto para elrendimiento de cualquier mquina trmica

4iste un lmite absoluto ,ara el rendimiento de

cual+uier m*+uina trmica +ue es el rendimiento de

una m*+uina imaginaria ,erfecta y reversible cuyo

,roceso de funcionamiento se conoce como ciclo

de Carnot. sta eficiencia m*4ima 5,erfecta6 se

encuentra ya bastante ,or deba1o del 007 y es

im,ortante destacar +ue siendo un m*4imo fsico

absoluto y universal no es ,osible su,erarlo ,or

medios tecnol-gicos.

l rendimiento de una m*+uina trmica de !arnot

s-lo de,ende de la tem,eraturas m*4ima y mnima

entre las +ue traba1a ,or lo +ue dadas estas dostem,eraturas su c*lculo es trivial. n el caso de

motores de combusti-n +ue +ueman idrocarburos y

a ,artir de losdatos ,ro,uestos en este e1em,lo

,r*ctico ,odemos considerar una tem,eratura

mnima (+ue sera la del ambiente) de 8o! (290 :) y

una m*4ima de .;80 o! (. :). sta

combinaci-n de tem,eraturas nos dara

un rendimiento terico mimo de un !"#$%.

http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Diesel_(GIE)#Rendimientohttp://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Diesel_(GIE)#Rendimientohttp://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Diesel_(GIE)#Rendimientohttp://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Diesel_(GIE)#Rendimiento

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s difcil encontrar un dato ,reciso de tem,eratura

m*4ima alcan/ada en la c*mara de combusti-n

,ero los idrocarburos arden alrededor de 2.000o! y

ya ,arece bastante o,timista considerar unos

.?00 o! como la tem,eratura media de toda la

c*mara en el instante final de la combusti-n. As

,ues la eficiencia ,erfecta de un

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Los motores de gasolina y disel son m*+uinas

trmicas y ,or tanto est*n limitadas ,or el m*4imo

absoluto de !arnot ,ero su funcionamiento es

sustancialmente distinto y ,or definici-n menos

eficiente +ue el de la m*+uina reversible y ,erfecta

,or mucos motivos. As ,ues sera m*s e4acto

acer un modelo terico de un motor disel o

gasolina ideales,ara conocer su eficiencia m*4ima

e insu,erable.

ste modelo e4iste y es una es,ecie de ada,taci-n

del ciclo reversible de !arnot al ciclo de

funcionamiento de estos motores en concreto. Bovamos a bucear en sus f-rmulas ,ero s vamos a

curiosear en sus resultados.

m,e/ando ,or un motor de !iclo "tto (gasolina

convencional) y seg3n este c*lculo e4,licado ,or la

Cniversidad de evilla tomando datos ra/onables

,ara las variables im,licadas la eficiencia mima

de un motor terico perfecto de gasolina con

relacin de compresin !)1 es de un &*#&%.

http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Otto_(GIE)http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Otto_(GIE)http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Otto_(GIE)http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Otto_(GIE)

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n el caso del ciclo disel +ue difiere ligeramente

del gasolina y ,ermite relaciones de com,resi-n

mayores en este c*lculo reali/ado sobre el modelo

te-rico de este ciclo se ,uede ver +ue

su rendimiento perfecto para una relacin de

compresin de 1!)1 sera de un *$#(%.

En el mundo real no es posibleconstruir motores que funcionen o seacerquen siquiera a estas condiciones

stos rendimientos (+ue son inferiores al m*4imo

absoluto de !arnot) corres,onderan a motores

ideales lo +ue im,lica cosas como ausencia de

ro/amientos ,rdidas nulas ,or bombeo ,rocesos

instant*neos de combusti-n a,ertura y cierre de

v*lvulas en tiem,o cero ,rocesos muy lentos de

com,resi-n y e4,ansi-n y un aislamiento trmico sin

,rdidas de energa. Dico de otro modo en el

mundo real no es posible construir motores que

funcionen o se acerquen siquiera a estas

condiciones.

Lo +ue todo ello significa es +ue en el diseo de un

motor trmico el ob1etivo no ,uede ser convertir

toda la energa +umica en movimiento

sino intentar no desperdiciar muc+o ms de la

mitad en el me1or de los casos.

http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Diesel_(GIE)#Rendimientohttp://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Diesel_(GIE)#Rendimientohttp://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Diesel_(GIE)#Rendimientohttp://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Diesel_(GIE)#Rendimiento

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!omo e1em,lo notable de la eficiencia m*4imaalcan/able en el mundo real ,or un motor disel ya

e4,usimos con cierto detalle el caso del motor

alternativo m*s ,otente del mundo un disel naval

de 09.000 !. ,u eficiencia mima era de un

&1#&% girando alrededor de 100 rpm. $uesto +ue

su lentitud lo ace muco m*s eficiente +ue un

disel automovilstico cabe su,oner +ue ning3n

disel montado en un coce a da de oy seencuentre aora mismo muy ,or encima de un =07

de rendimiento en su rgimen de traba1o y carga

-,timos si es +ue lo alcan/a y desde luego no en

toda su gama de revoluciones.

$or lo +ue res,ecta a los motores de gasolina

deberan estar alrededor de 2E> de esa cifra seg3n

las numerosas referencias consultadas as +ue

,odramos tomar como valor a,ro4imado derendimiento -,timo ,ara un gasolina moderno un

http://www.tecmovia.com/2012/09/04/el-motor-diesel-mas-grande-del-mundo-y-los-limites-de-la-eficiencia/http://www.tecmovia.com/2012/09/04/el-motor-diesel-mas-grande-del-mundo-y-los-limites-de-la-eficiencia/http://www.tecmovia.com/2012/09/04/el-motor-diesel-mas-grande-del-mundo-y-los-limites-de-la-eficiencia/http://www.tecmovia.com/2012/09/04/el-motor-diesel-mas-grande-del-mundo-y-los-limites-de-la-eficiencia/http://www.tecmovia.com/2012/09/04/el-motor-diesel-mas-grande-del-mundo-y-los-limites-de-la-eficiencia/http://www.tecmovia.com/2012/09/04/el-motor-diesel-mas-grande-del-mundo-y-los-limites-de-la-eficiencia/

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a,rovecamiento no muy su,erior al >07 de la

energa consumida su,oniendo +ue se alcance tal

cota y de nuevo no en toda la gama de

revoluciones y niveles de carga.

El calor generado por el motorengulle almenos el 60% de la energa qumicadel combustible

n todos los casos ablamos de +ue el calor

generado ,or el motor de un coce

convencional engulle al menos el *0% de la

energa qumica del combustibleen el caso del

disel y al menos un 807 en el caso de un gasolina.

Falta descontar todava la resistencia a la rodadura

la resistencia aerodin*micay todas las ,rdidas de

transmisi-n asta ,oner el veculo en movimiento

Conclusiones

http://www.tecmovia.com/2012/09/17/enemigos-de-la-eficiencia-la-resistencia-a-la-rodadura/http://www.tecmovia.com/2011/11/27/enemigos-de-la-eficiencia-la-resistencia-aerodinamica/http://www.tecmovia.com/2012/09/17/enemigos-de-la-eficiencia-la-resistencia-a-la-rodadura/http://www.tecmovia.com/2011/11/27/enemigos-de-la-eficiencia-la-resistencia-aerodinamica/

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!omo emos visto bastante m*s de la mitad de la

energa contenida en el combustible se ,ierde

inevitablemente en forma de calor antes de em,e/ar

a mover la transmisi-n. Al margen de las me1oras

tecnol-gicas +ue indudablemente se ,ueden acer

los motores trmicos son ,or definici-n un

despilfarro energtico de primera magnitudy no

,odr*n de1ar de serlo. Los ,rinci,ios b*sicos de la

termodin*mica lo im,iden de un modo absoluto.

Los motores trmicos son, por definicin,un despilfarro energtico de primeramagnitud

As ,ues si ,retendemos reducir el consumo

energtico de nuestros des,la/amientos deberemos

escoger entre ,e+ueas mejoras

incrementalesderivadas de la evoluci-n de los

actuales motores de combusti-n interna cuyo teco

termodin*mico ya no ,uede estar muy le1os o un

cambio radicalen el modelo de ,ro,ulsi-n +ue

definitivamente abandone las m*+uinas trmicas

del .H'H y a,rovece la energa con otro ti,o de

mecanismos.

!on todos los im,ortantsimos ,roblemas +ue

+uedan todava ,or resolver cabe decir +ue

el motor elctrico no es una mquina trmicay

su eficiencia real actual supera +abitualmente el

-0% no conociendo m*s lmite +ue el de la

conservaci-n de la energa.

Ieremos ca,aces de 1ubilar alg3n da a !arnotJ

http://www.tecmovia.com/2011/07/14/vehiculo-electrico-ventajas-inconvenientes-y-perspectivas-de-futuro/http://www.tecmovia.com/2011/07/14/vehiculo-electrico-ventajas-inconvenientes-y-perspectivas-de-futuro/http://www.tecmovia.com/2011/07/14/vehiculo-electrico-ventajas-inconvenientes-y-perspectivas-de-futuro/http://www.tecmovia.com/2011/07/14/vehiculo-electrico-ventajas-inconvenientes-y-perspectivas-de-futuro/