Rendimiento del motor (Motores de pistones 14)

 Motores de pistones

Capítulo 14

Rendimiento del motor

• Introducción
• Efectos de la altitud en el rendimiento
• Efectos de la relación aire/combustible
• Parámetros del motor en relación con la relación aire/combustible
• Temperatura del aire del carburador
• Humedad
• Contrapresión del escape
• Control de crucero

Introducción

La potencia de un motor está determinada por el peso de la mezcla consumida en un tiempo determinado. El piloto controla el peso mediante el acelerador, que determina la presión del colector (MAP), y mediante la palanca de RPM, que controla la velocidad del motor. Por lo tanto, una combinación de RPM y MAP producirá una cantidad determinada de potencia (Figura 14.1).

Seleccionar 24" Hg (pulgadas de mercurio) MAP y 1900 RPM producirá 120 CV en condiciones atmosféricas estándar. Ahora siga la línea horizontal que se extiende desde esa intersección y observe que, para mantener 120 CV, las RPM aumentan y la MAP disminuye. 

El gráfico también muestra el efecto en la eficiencia volumétrica al aumentar las RPM. A 1800 RPM, la MAP máxima es de poco más de 29" Hg. Observe el efecto a medida que aumentan las RPM; la MAP máxima disminuye debido a las pérdidas por fricción en el sistema de inducción.

Figura 14.1 Combinación de RPM y MAP para obtener potencia

El gráfico anterior corresponde a condiciones estándar a nivel del mar; Si la temperatura y la presión cambian, se producirá un cambio correspondiente en la potencia de salida a unas RPM y una PMA determinadas.

Efectos de la altitud en el rendimiento

La densidad del aire afecta la potencia de salida de un motor. Dado que la densidad del aire depende de la presión, la temperatura y la humedad, estos factores deben tenerse en cuenta al determinar el rendimiento de un motor.

La altitud de presión debe convertirse a altitud de densidad (la potencia depende de la densidad del aire). 

Si la temperatura a una altitud determinada es la misma que la estándar, no se requiere corrección por densidad. La humedad no suele ser un factor considerado en las tablas de rendimiento del motor.

La tabla que se muestra debajo se utiliza para determinar la potencia de salida de un motor en particular a cierta altitud. 

La tabla de la izquierda muestra la potencia del motor en condiciones estándar a nivel del mar. 

La tabla de la derecha muestra el efecto de la altitud y se utiliza junto con la primera tabla (Figura 14.2).

Figura 14.2 Rendimiento del motor al nivel del mar comparado con una cierta altitud

Los puntos correspondientes a RPM y MAP se encuentran en ambos gráficos. La potencia indicada en el gráfico a nivel del mar se transfiere al mismo punto en el gráfico de altitud (punto C). Se traza una línea recta entre A y C. El punto D muestra la potencia a una altitud de densidad de 1000 pies (temperatura estándar), que es mayor que la del mismo ajuste de potencia a nivel del mar; la razón se explica a continuación.

A medida que la aeronave asciende, el acelerador se abre continuamente para mantener el MAP seleccionado; sin embargo, la temperatura del aire disminuye, lo que aumenta la densidad del aire. En segundo lugar, la contrapresión de escape (EBP o presión exterior que se opone a los gases de escape) se reduce, lo que aumenta la eficiencia volumétrica. El punto D muestra que la potencia es mayor que para el mismo MAP y RPM seleccionados a nivel del mar.

Sin embargo, este aumento de potencia no puede continuar indefinidamente al aumentar la altura; continúa solo hasta alcanzar la altura de aceleración máxima (punto A, que en este ejemplo es 4000 pies). Cualquier aumento de altura por encima de este nivel reducirá el MAP y, por lo tanto, la potencia. En el ejemplo anterior, las RPM no se reducen con la altitud, ya que el regulador de la hélice ajustará el ángulo de la pala para mantener las mismas RPM.

La potencia debe corregirse añadiendo un 1 % por cada disminución de 6 °C por debajo de la temperatura estándar y restando un 1 % por cada aumento de 6 °C por encima de la temperatura estándar.

Efectos de la relación aire/combustible

Hasta ahora, el rendimiento del motor se ha considerado bajo condiciones fijas de relación aire/combustible y sin referencia a otras variables existentes en condiciones reales de operación. Hay dos valores de relación aire/combustible de especial interés para los pilotos:

• Mezcla óptima de potencia: La mezcla óptima de potencia para un motor de avión es aquella que permite que el motor desarrolle la máxima potencia con una configuración de potencia específica.
• Mezcla óptima de economía: La mezcla óptima de economía es aquella que proporciona el menor consumo de combustible específico al freno (BSFC). Este es el ajuste que utilizaría un piloto para obtener la máxima autonomía con una cantidad determinada de combustible.

Parámetros del motor en relación con las relaciones de combustible/aire

Diversas relaciones de aire/combustible afectan la potencia y el ahorro de combustible del motor (Figura 14.3). El instrumento representa un indicador de temperatura de los gases de escape; observe la relación del indicador con los cambios en las relaciones de mezcla. 

La mejor mezcla de potencia se obtiene con una relación de 12 a 1, que se dará a una temperatura inferior a la temperatura máxima de gases de escape (EGT). La mejor mezcla de ahorro de combustible se obtiene con una relación de 18 a 1. 

La Figura 14.3 no es representativa de todos los motores; generalmente, existe una diferencia entre la interpretación de la mejor potencia y el mejor ahorro de combustible al comparar motores con carburadores de flotador y aquellos con inyección de combustible.

Figura 14.3 Relaciones de aire/combustible de un motor en particular

Otros factores que afectan el rendimiento del motor

• Temperatura del aire del carburador: un aumento de la temperatura del aire reduce la densidad y, por lo tanto, la cantidad de aire que entra en el motor; si es demasiado alta, se produce una detonación. En motores equipados con turbocompresor o supercargador, se debe observar la temperatura de salida en lugar de la temperatura de admisión. La regla estándar para corregir el efecto de la temperatura es sumar un 1 % a la potencia del gráfico por cada 6 °C por debajo del estándar y restar un 1 % por cada 6 °C por encima del estándar.

• Humedad: a mayor humedad, menor densidad del aire. Sin embargo, la humedad no se considera en las tablas de rendimiento del motor. Si otros factores fueran críticos al despegar desde un campo corto, sería recomendable considerar el efecto de la humedad en la potencia del motor.

• Contrapresión de escape: la contrapresión de escape es la presión real del aire que actúa sobre el tubo de escape abierto al exterior. A medida que la aeronave asciende, la contrapresión de escape disminuye; esto mejora la evacuación de gases, lo que aumenta la eficiencia volumétrica.

• Control de crucero: el control de crucero es el ajuste de los controles del motor para obtener los resultados deseados en alcance, economía de combustible o tiempo de vuelo. Dado que un motor consume más combustible a alta potencia que a baja, es obvio que la velocidad máxima, la autonomía máxima o la economía de combustible no se pueden alcanzar con la misma potencia. Si se desea alcanzar la máxima distancia de vuelo, es conveniente ahorrar combustible operando a baja potencia. Por otro lado, si se desea la máxima velocidad, es necesario utilizar la máxima potencia, con una disminución en la capacidad de alcance.

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