Cálculo de la cilindrada de un

Cálculo de la cilindrada de un motor En este post vamos a explicar cómo se calcula la cilindrada de un motor. En competiciones de motos, como por ejemplo en moto GP, las categorías se dividen según la cilindrada en 250 cc (Moto 3), 600 cc (Moto 2), 1000 cc (Moto GP)… A continuación vamos a ver de que depende la cilindrada de un motor, aprendiendo a calcularla.

La cilindrada de un motor de un cilindro es el volumen que queda comprendido entre el PMS y el PMI del recorrido del pistón (ver post de ciclo de cuatro tiempos).

Por lo tanto, para motores de más de un cilindro, el total será el de uno de ellos multiplicado por el número total de cilindros, ya que todos son de las mismas dimensiones. Las unidades que nos vamos a encontrar son:   

Cilindrada: litros o centímetros cúbicos (cc) Carrera del pistón: milímetros (mm) Calibre o diámetro del cilindro: milímetros (mm)

Según las dimensiones de la carrera y el calibre:   

Carrera igual al calibre: motor “cuadrado” Carrera inferior al calibre: motor “supercuadrado” Carrera superior al calibre: motor “alargado”

Actualmente se tiende a la fabricación de motores con mayor calibre que carrera. Si damos mucha carrera al cilindro, la velocidad hacia arriba y abajo del pistón será más variable, aumentando la fuerza de inercia y el rozamiento. Si disminuimos la carrera en exceso, para obtener una buena cilindrada debemos aumentar el calibre,aumentando el tamaño del pistón, y por tanto, su masa. Por lo tanto, hay que tener en cuenta estas consideraciones a la hora de diseñar. Aunque también tenemos que considerar que los continuos avances en materiales permiten fabricar piezas cada vez más ligeras y resistentes.

Dicho esto, para calcular la cilindrada emplearemos las siguientes ecuaciones:

Donde: Vu= Cilindrada unitaria (mm³) Vt= Cilindrada total (mm³) D= Calibre (mm)

C=Carrera (mm) N= número de cilindros Esta ecuación es muy sencilla de recordar. Hemos denominado V a la cilindrada, ya que se trata del cálculo de un volumen. Para calcular dicho volumen, hemos empleado la fórmula del volumen de un cilindro, por lo quecalcularemos la superficie del cilindro en función de su diámetro (calibre) y lo multiplicaremos por la profundidad (carrera). De esta forma obtenemos la cilindrada unitaria (para un cilindro). Si queremos obtener lacilindrada total, simplemente multiplicamos por el número de cilindros.

Entendidas las ecuaciones, vamos a resolver un ejemplo de “andar por casa”, la cilindrada del Bugatti Veyron 16.4. Los datos que necesitamos son:   

Diámetro: 86 mm Carrera: 86 mm Cilindros: 16 (Motor W16, 16 cilindros, disposición en W)

Podemos deducir que se trata de un motor cuadrado, ya que el diámetro y la carrera coinciden. Tenemos que recordar que todas las unidades que vamos a utilizar son milímetros, por lo tanto, el resultado final será de milímetros cúbicos y tendremos que pasarlos a centímetros cúbicos, que son las unidades que nos vamos a encontrar en las fichas técnicas de los vehículos.

En este post vamos a explicar como se calcula la cilindrada de un motor. En competiciones de motos, como por ejemplo en moto GP, las categorías se dividen según la cilindrada en 250 cc (Moto 3), 600 cc (Moto 2), 1000 cc (Moto GP)… A continuación vamos a ver de que depende la cilindrada de un motor, aprendiendo a calcularla.

La cilindrada de un motor de un cilindro es el volumen que queda comprendido entre el PMS y el PMI del recorrido del pistón (ver post de ciclo de cuatro tiempos). Por lo tanto, para motores de más de un cilindro, el total será el de uno de ellos multiplicado por el número total de cilindros, ya que todos son de las mismas dimensiones. Las unidades que nos vamos a encontrar son:   

Cilindrada: litros o centímetros cúbicos (cc) Carrera del pistón: milímetros (mm) Calibre o diámetro del cilindro: milímetros (mm)

Según las dimensiones de la carrera y el calibre: 

Carrera igual al calibre: motor “cuadrado”

 

Carrera inferior al calibre: motor “supercuadrado” Carrera superior al calibre: motor “alargado”

Actualmente se tiende a la fabricación de motores con mayor calibre que carrera. Si damos mucha carrera al cilindro, la velocidad hacia arriba y abajo del pistón será más variable, aumentando la fuerza de inercia y el rozamiento. Si disminuimos la carrera en exceso, para obtener una buena cilindrada debemos aumentar el calibre,aumentando el tamaño del pistón, y por tanto, su masa. Por lo tanto, hay que tener en cuenta estas consideraciones a la hora de diseñar. Aunque también tenemos que considerar que los continuos avances en materiales permiten fabricar piezas cada vez más ligeras y resistentes.

Dicho esto, para calcular la cilindrada emplearemos las siguientes ecuaciones:

Donde: Vu= Cilindrada unitaria (mm³) Vt= Cilindrada total (mm³) D= Calibre (mm) C=Carrera (mm) N= número de cilindros Esta ecuación es muy sencilla de recordar. Hemos denominado V a la cilindrada, ya que se trata del cálculo de un volumen. Para calcular dicho volumen, hemos empleado la fórmula del volumen de un cilindro, por lo quecalcularemos la superficie del cilindro en función de su diámetro (calibre) y lo multiplicaremos por la profundidad (carrera). De esta forma obtenemos la cilindrada unitaria (para un cilindro). Si queremos obtener lacilindrada total, simplemente multiplicamos por el número de cilindros.

Entendidas las ecuaciones, vamos a resolver un ejemplo de “andar por casa”, la cilindrada del Bugatti Veyron 16.4. Los datos que necesitamos son:   

Diámetro: 86 mm Carrera: 86 mm Cilindros: 16 (Motor W16, 16 cilindros, disposición en W)

Podemos deducir que se trata de un motor cuadrado, ya que el diámetro y la carrera coinciden. Tenemos que recordar que todas las unidades que vamos a utilizar son milímetros, por lo tanto, el resultado final será de milímetros cúbicos y tendremos que pasarlos a centímetros cúbicos, que son las unidades que nos vamos a encontrar en las fichas técnicas de los vehículos.

La cilindrada es el volúmen que desplaza el pistón entre el punto muerto inferior y el superior, es el volumen de aire que puedes comprimir. Más importante que la cilindrada es la relación de compresión, a mayor relación de compresión mas eficiencia termodinámica del ciclo y más potencia específica.

De la relación de compresión viene la mayor eficiencia del ciclo diesel sobre el Otto, a igualdad de relación de compresión el ciclo Otto es energéticamente más eficiente que el diesel, el inconveniente es la detonación, que para alcanzar las relaciones de compresión del ciclo diesel necesitaríamos gasolinas con un indice de octano de alrededor de 110 (gasolinas de aviación y de competición), lo cual puede conseguirse añadiendo compuestos antidetonantes a la gasolina normal, pero tendríamos el mismo efecto que en los diesel, altas emisiones de NOx por alta compresión.

El par motor es la fuerza que tiene el mismo, un buen dato para camiones o si buscas un vehículo con capacidad de arrastre, ya que tendrá más fuerza.

"Los caballos" es la unidad de medida de la potencia, el nombre viene por la potencia equivalente que podía desarrollar un caballo dando vueltas a una bomba de agua en una mina, y la creó James Watt para comenzar a vender su gran invento, la máquina de vapor. En su memoria la unidad de potencia en el sistema internacional es el Watio (W), teniendo como múltiplo el KiloWatio (KW). Básicamente un Cv son 736 W ó 0,736 KW, bajo normas europeas, un HP americano o un BHP británico son 0,746 Kw.

Las relaciones pueden establecerse de forma fácil entre par y potencia, ya que si medimos el par en Nm y las revoluciones en rad/s y multiplicamos ambos valores nos da la potencia en W. De ahí las altisimas cifras de par de los diesel, a igualdad de potencia un diesel siempre va a tener más par motor que un gasolina, simplemente porque da la potencia a menores revoluciones.

Con la cilindrada para establecer las relaciones con el par motor y la potencia son más complicadas, hay que tener en cuenta la relación de compresión y la carrera del pistón.

Como ya he dicho, a mayor relación de compresión mayor potencia, y mejor rendimiento del ciclo (un gasolina con una relación de compresión de 13:1 es más eficiente que un diesel con una relación de compresión de 23:1).

Con la carrera del pistón podemos establecer 3 categorías de motores, carrera larga, carrera corta y motores "cuadrados" (no me acuerdo de si esta es exactamente la terminología).

Motores cuadrados tienes como ejemplo el Type R, o atmosféricos de buenas prestaciones, donde el subir de vueltas es muy importante, su relación carrera/diametro es entorno a 1, y dan buenas prestaciones.

Los motores de carrera corta se utilizan donde los cambios de revoluciones son muy fuertes o cuando se requieren altas revoluciones (motores F1 y motocicletas), la relación entre carrera/diametro es de entorno a 0,7 Los motores de carrera larga se utilizan para dar más par motor, ya que la biela es más larga, el brazo torsor es mayor y dan más par motor. Estos motores tienen una relación entre carrera y diametro mayor de 1,5, y se solían utilizar en motores diesel para barcos, camiones etc, ahora con la sobrealimentación todos los turbodiesel se mueven aquí, así como muchos de los gasolina sobrealimentados. ¿Qué es mejor?

Depende de lo que busques, motor tranquilorro para una berlina para viajar, buen par motor, curva de par lo más plana posible, y sobrealimentación. Un coche con el que hacer cambios de marcha y pasartelos como un niño de teta, carrera cuanto más corta mejor.

Como anotación a lo que se dice arriba de que mayores cilindradas equivalen a mayor potencia y mayores consumos, esto no es del todo cierto.

Veamos, un 3200cc 4 cilindros equivale a una cilindrada unitaria de 800cc. ese motor entregará X potencia y X par motor.

Otro 3200cc 8cilindros entregará una potencia mayor al tener una mayor cantidad de carreras útiles de trabajo en los mismos grados de giro del cigueñal, pudiendo por tanto subir mas alto de vueltas, pero en comparación con el 4cil, el par entregado será menor, pues tiene mas pérdidas mecánicas por rozamientos, etc.

La relación de compresión es igual a (Volumen camara combustion+volumen cilindro)/volumen de la cámara y el rendimiento es igual a 1- 1/relacion de compresion^0,33 (para gasolina) cuanto mayor sea la relación de compresión, mas se acercará el rendimiento a 1.

El par es Fuerza·Distancia o en términos prácticos, la fuerza de empuje que va a tener el coche.(independientemente del tiempo que tarde en ejercerla, eso sería potencia) espero que entre todas las respuestas puedas ir entendiéndolo, que tampoco es sencillo...