RELACION DE COMPRESION

Relación de compresión. Es la relación entre el volumen máximo del cilindro (cilindro en punto muerto inferior) y el volumen mínimo (cilindro en el punto muerto superior). La compresión puede cambiar, cualquier fuga de aire de la cámara de combustión, por ejemplo, aire que se escapa por los insertos de válvulas o anillos de pistón, reducirá la compresión en ese cilindro. Si el máximo volumen comprendido entre el pistón, en el punto muerto inferior, y la culata es de diez centímetros cúbicos y el mínimo volumen, el pistón en su punto muerto superior, es de un centímetro cúbico, entonces la relación de compresión sería de 10:1. La relación de compresión en los motores diesel suele ser de 16:1 a 18:1. En los motores de gasolina suele ser de 7:1 a 12:1, esta relación está limitada para no causar autoencendido. Los motores diesel alcanzan temperaturas de unos 540ºC durante la compresión, por lo que se produciría autoencendido si se mezclase el aire con el combustible como en los motores de gasolina. En estos motores solamente entra aire al cilindro en la carrera de compresión, el combustible es inyectado en la cámara en el momento en que el cilindro está llegando al punto muerto superior. Dado que la temperatura de ignición del combustible diesel es de 450ºC y la cámara en el momento de la inyección tiene unos 540ºC, se produce la combustión espontánea de la mezcla sin necesidad de chispa como en los motores de gasolina. La relación de compresión es el término con que se denomina a la fracción matemática que define la proporción entre el volumen de admisión y el volumen de compresión. Fórmula para Calcular la Relación de Compresión Teórica V1 + V2/v1 V1 = Capacidad en centímetros cúbicos de la cámara de combustión de la culata. V2 = Capacidad del cilindro, con el pistón en su punto muerto inferior. En general, la eficiencia térmica (capacidad para transformar calor en movimiento), y la potencia, dependen de la relación de compresión. Un motor gasta energía para comprimir los gases y aporta energía al quemar los gases. A medida que se aumenta la compresión, la diferencia entre gasto y aporte de energía crece. Es decir, a mayor compresión el motor es más eficiente. Relación de Compresión Efectiva Para calcular el valor real de la relación, el volumen del cilindro requiere ser medido, no con su pistón en punto muerto inferior, sino que a partir de la posición que tiene cuando termina el cierre de la válvula de admisión. Presión de Cilindro La presión de un cilindro se mide con un manómetro de presión (compresímetro), y es necesario tomar una muestra de ella para conocer el grado de estanqueidad (sello) de los cilindros. Como esta presión se mide a muy bajas revoluciones y con el motor frío, no se puede considerar como método de diagnóstico definitivo. Sin embargo, esta medición determina con precisión la diferencia de estanqueidad entre cilindros. Cubicación de Motor Los motores de competencia requieren de una relación de compresión específica. Para comprobarla se miden los volúmenes mendiante la cubicación.

Avances y retrocesos de válvulas

Se denomina avances y retrasos de válvulas a los cambios en los momentos en que abren y cierran las válvulas en los motores de combustión interna de cuatro tiempos, con relación al momento teórico para hacerlo. El momento teórico para abrir y cerrar las válvulas es en el PMS y en el PMI (las válvulas de admisión abren en el PMS y cierran en el PMI, mientras que las válvulas de escape lo hacen a la inversa; ver Ciclo Otto), pero al adelantar las aperturas y retrasar los cierres, se consigue aumentar en forma significativa el rendimiento y las prestaciones del motor, al mejorar la velocidad con la que se vacía el cilindro de los gases de la combustión, y aumentar la cantidad de mezcla aire/combustible que ingresa al cilindro.

Estos cambios son calculados por los ingenieros al diseñar el motor, y están relacionados con la posición de las levas en el árbol de levas. Para cambiar los avances y retrocesos de las válvulas, por ejemplo para aumentar la potencia en un motor destinado a competiciones, es necesario reemplazar el árbol de levas completo. Tanto el avance como el retroceso se mide en los grados que gira el cigüeñal antes o después de que el piston alcance el PMS (punto muerto superior) o el PMI (punto muerto inferior). Los avances y retrocesos son cuatro, a saber:

Avance de la Apertura de Admisión (AAA)

Si analizamos el funcionamiento de un motor de cuatro tiempos, vemos que el mejor momento para abrir la válvula de admisión es cuando el pistón se encuentra en el punto más alto de su recorrido (llamado punto muerto superior). Sin embargo, debido a que la mezcla aire/combustible se encuentra en movimiento, al abrir la válvula de admisión antes que el pistón llegue al PMS, permite que esta ingrese por más tiempo al cilindro, consiguiendo un mejor llenado.

Retraso del Cierre de Admisión (RCA)

Por la misma razón, debido a la inercia que mantiene la mezcla aire/combustible, si mantenemos la válvula de admisión abierta un tiempo después que el pistón alcanzó el PMI, incluso cuando este está ya subiendo, permitimos que continúe entrando la mezcla, lo que permite un llenado aun mayor del cilindro, con el consiguiente aumento del rendimiento del motor. Otro motivo es el aumento de rendimiento o de aprovechamiento del trabajo que puede producir el motor al conseguir una carrera de expansión mas larga que la de admisión, sin embargo construir un motor que consiga esto mecánicamente requiere muchisima complejidad y además de ello las perdidas mecánicas serían incluso mayores al aprovechamiento, por no hablar de que la carrera de compresión también sería mas larga, asique no seria rentable. al retrasar el cierre de la admisión la carrera de compresión es mas corta que la de expansión, consiguiendo este mayor aprovechamiento.

Avance de la Apertura de Escape (AAE)

Suele ser de unos 40-45° antes del PMI, lo que permite vaciar el cilindro más rápidamente. Teóricamente, con esto se pierde potencia al estar los gases de la combustión haciendo presión sobre el pistón durante menos tiempo, pero esta pérdida es muy baja y se compensa con creces al aumentar la velocidad de vaciado del cilindro.

Retraso del Cierre de Escape (RCE)

Al igual que en los casos anteriores, debido a la inercia que mantienen los gases de escape, éstos continúan saliendo por su válvula, incluso cuando el pistón pasó el PMS e inició la carrera descendente. La apertura de la válvula de admisión se efectúa momentos antes del cierre del escape, para optimizar, nuevamente debido a la inercia que presentan los gases frescos y quemados, el intercambio de los mismos dentro del cilindro.

El "cruce de válvulas"

Este "solapamiento" en las aperturas de las válvulas de admisión y escape, llamado o cruce de levas o cruce de válvulas, consiste en el espacio, medido en grados sexagesimales de giro del cigüeñal, en el que la válvula de escape y la de admisión se encuentran abiertas en forma simultanea. Suele ser de unos 20° a 25° para motores normales de uso urbano o carretero, y en el caso de los motores de altas prestaciones, para competición, puede llegar a 35° o incluso más. Un cruce de válvulas amplio permite al motor alcanzar unas RPM más altas, pero su funcionamiento a bajas velocidades reducirá drásticamente el rendimiento del motor, entregando menos potencia y un par motor menor. Por el contrario, un cruce de levas corto, permitirá al motor obtener un buen rendimiento a regímenes bajos, pero por arriba de las 3.500/4000 RPM (dependiendo del diseño del motor) sus prestaciones decaen.

El carácter compresible de la mezcla aire/combustible, unido a los fenómenos de inercia que se producen, permiten ampliar el espacio de apertura de las válvulas, optimizando el proceso de vaciado y llenado del cilindro (lo que suele llamarse la respiración del motor), haciéndolo más eficiente. Los gases producto de la combustión han alcanzado una alta velocidad al ser barridos por el pistón en su carrera ascendente, acercándose al PMS. Los gases de escape continúan saliendo por efecto de la inercia, aun cuando el pistón ha pasado el PMS y comienza a descender. Manteniendo abierta la válvula de escape se logra vaciar completamente el cilindro de estos gases, que continúan saliendo por efecto de la inercia ya mencionada, a pesar que el pistón se encuentra descendiendo, ya en la fase de admisión.

Previo a lo expuesto anteriormente, adelantando la apertura de la admisión antes que el pistón llegue al PMS, permite que los gases de escape, que están ya saliendo a gran velocidad, arrastren tras de sí a los gases frescos, presentes en la lumbrera de admisión. Así se consigue un llenado del cilindro más rápido y completo. Cuanto mayores sean los ángulos AAA y RCE mayor será el intercambio. Por esta razón, para poder elevar las RPM del motor (al margen de otros cambios que pueden o deben hacerse en el motor), hay que acelerar el vaciado y llenado del cilindro. Esto se consigue, entre otras cosas, aumentando el cruce de válvulas. En cambio, a bajas RPM parte de los gases frescos escaparán por la válvula de escape antes que esta se cierre, con lo que la fuerza de la explosión es menor, y en consecuencia, disminuyen el par motor y la potencia.

lo que hemos conseguido