Conozca una fórmula y los conceptos para que juzgue técnicamente el desempeño de su motor

Aquí una manera para evaluar acertadamente a un motor, por encima de la cantidad de válvulas y su accionamiento variable, la cilindrada y la cantidad de revoluciones a la cual da su máxima potencia.

Redacción Motor

04:27 p.m. 17 de junio del 2014

Las fichas técnicas dan cifras absolutas de potencia y torque que el fabricante de un motor declara. Pero eso no quiere decir que sea una máquina avanzada y eficiente ni que su diseño optimice todos los parámetros que influyen en el rendimiento de un motor.

Muchas veces los lectores nos formulan preguntas so­bre la equivalencia de los motores. Por ejemplo, por qué un 1,6 de la misma tipología puede tener más caballos o torque que otro. Si las 16 válvulas son una real mejora cuando hay moto­res con solo 8 (en cuatro cilindros) que rinden más. En fin, por qué un automóvil camina más que otro cuando tienen aparentemente el mismo andamiaje mecánico.

Por supuesto, esa comparación de los motores no se puede hacer válidamente como conjunto, es decir carro contra carro, porque en el resultado del andado del vehículo intervienen su peso, las relaciones de caja y diferencial, el perfil aerodinámico y la eficiencia del tren propulsor, a grosso modo.

Pero sí con sencillas fórmulas y raciocinios pode­mos saber si un motor es más eficiente que otro e independizarlo del sitio donde esté trabajando. La primera fórmula básica de comparación es saber cuántos kilovatios (1,35 caballos) produce un mo­tor por cada 1.000 cm3 de desplazamiento.

Por ejemplo, cita el ingeniero Julian Edgar, en su sitio AutoSpeed en internet, del cual extrac­tamos esta información, que un motor Mercedes AMG de 6,3 litros y 375 kW, genera 59,53 kW por litro. Pero un motor Honda 1,8 Tipo R de 141 kW entrega 78,3 kW por la misma cilindrada de referen­cia. Técnicamente, los ingenieros de Honda obtuvieron más. Y eso puede pasar en muchos otros casos.

Naturalmente, el ejemplo es dra­mático pero no muy válido entre esos dos motores por la diferencia de cilindradas, ya que a medida que la máquina es más grande, sus com­ponentes son más pesados, hay más inercias y fricciones, la admisión y el escape son más complejos, etc. También es un diferenciador impor­tante saber a qué número de revolu­ciones se produce esa potencia.

Para aterrizar la historia, la ver­dadera eficiencia de un motor no se basa en la relación de la cilindrada y los caballos o el torque, sino en la presión media efectiva en la cámara de combustión con la cual se empuja el pistón. Se llama, en inglés, Brake Mean Effective Pressure (BMEP).

No piensen que deben estudiar ter­modinámica o regresar a la biblioteca a desempolvar los libros, si es que alguna vez estudiaron el tema. Esta explicación es sencilla, y la fórmula, primaria. Esa presión que resulta de correr la ecua­ción nos da un resultado de BMEP en libras o en bares (la medida europea).

En las siglas, hay que traducir va­rios conceptos. 'Brake', representado en la fórmula por la cifra 1.200, es la resistencia que produciría cualquier dinamómetro o el freno que un mo­tor debe mover, y se pone igual para todos. Es lógico que el rendimiento se deba calibrar bajo carga, con el motor haciendo fuerza y no girando en vacío.

'Mean' es promedio. O sea, la fór­mula no da una medida puntual si­no ponderada.

Effective Pressure es la presión real que se hace sobre la cabeza del pistón para empujarlo hacia abajo en su carrera de trabajo. Ahí está todo el secreto.

Cuanto más empu­je el pistón, más se mueve todo el conjunto, al cual va ligado con las bielas al cigüeñal, y este girará con más fuerza.

Cuanto más alto sea ese valor, más eficiente es el motor, por lo cual puede ser que una máquina más pequeña tenga mejor rendi­miento que otra. No específica­mente en cantidad de potencia final, sino en la limpieza y la fun­cionalidad de su diseño, que es lo que vale la pena considerar desde el punto de vista de ingeniería o de rendimiento de un motor.

Este es el tesoro oculto de una máquina de combustión. Es como el movimiento de un reloj. Todos dan la hora, pero unos se mueven con más precisión y llegan al mis­mo resultado final por muy dife­rentes caminos del diseño de 'cali­bre', que es el curioso nombre con el cual se denominan los motores de los relojes mecánicos.

Para calcular el BMEP hay una fórmula que incluye las variables básicas, y es esta:

BMEP= kW x 1200/Litros x rpm

El resultado son bares, que equi­vale cada uno a 14,8 libras.

Al poner los datos del Honda 2000 en esa ecuación, que son 147 kW a 7.400 rpm, tiene un BMEP de 11,9 bares. El del Mercedes, que entra a la fórmula con 6.300 cm3 de cilindrada y 375 kW a 6.800 rpm, da como resultado: 10,5 ba­res. Menos BMEP que el Honda, lo cual habla del excelente diseño del motor japonés, especialmente de la capacidad de admisión de aire.

Ustedes pueden jugar con los datos de las fichas técnicas de los motores y tendrán sorprendentes resultados, buenos, regulares y ma­los, para máquinas que en el pa­pel lucen brillantes pero no rinden bien, y eso lo notamos muchas ve­ces en las pruebas que hacemos. Nos proponen muchos caballos en la ficha, pero a la hora de acelerar, la pesebrera es menos briosa.

Queda por fuera una medida que no está en esta prueba, y es el tor­que o la fuerza con la cual se hace girar el cigüeñal. La potencia, como figura en la fórmula, viene relacio­nada directamente con la cantidad de revoluciones a la cual llega al máximo de caballos. Si un motor da muchos caballos girando despacio, seguramente tiene un torque muy alto y es capaz de acelerar el carro mucho más rápido.

Hay más cuentos. La fórmula no habla de cantidades de ejes de le­vas, ni de válvulas, ni de sistemas variables, ni de relaciones de com­presión. Su influencia está inclui­da en el resultado de potencia que nos dice la ficha, y es cuestión del diseño cómo se llega a esos rendimientos.

Pero claramente se da el caso de un motor de solo una válvula de admisión por cilindro, que puede tener un mejor desempeño hasta la gama me­dia alta del tacómetro, diga­mos unas 4.500 o 5.000 en un tope de 7.000, debido a que la succión se hace a través de un solo ducto y la mezcla pasa por el cuello de una sola válvula, lo cual restringe menos el flujo de la mezcla.

A altas revoluciones, cuando el tiempo de llenado de cualquier ci­lindro en un ciclo de cuatro tiem­pos es menor, los dos canales para alimentar las dos válvulas de admi­sión son mejores porque dan mayor flujo en ese corto espacio de tiempo que hay a esos regímenes de giro. A 6.000 vueltas por minuto del motor se hacen 3.000 aspiraciones o llena­dos cada 60 segundos. Es decir, que en un segundo se hacen 50 ciclos de llenado, escape y otros tantos de chispa e inyección. Imaginen los motores que caminan a 10.000 o los de la F1 anterior que subían a 18.000. En este último caso, la chispa, apertura del inyector y de las válvulas suceden ¡150 veces por segundo!

Entonces, no hay una verdad absoluta ni una proporción directa entre la cantidad de válvulas y el rendimiento del motor, especial­mente ahora que es mucho más importante que un motor tenga torque antes que muchos caballos, porque así arranca más fácil y el consumo de combustible es me­nor. A tope de vueltas, es claro que un multivalvular da más, pero casi nadie maneja el motor en ese nivel de giro. Es más. La gente suele usar muy pocas revo­luciones, no aprovecha el torque, convierte el motor en un depó­sito de carbón y lodos, acele­rando su desgaste.

Un ejemplo de esta tesis es el motor del último Hon­da Civic, que hasta 5.200 rpm solamente abre una válvula de admisión para mejor llenado y tor­que, y luego sí opera con las dos hasta las 7.000. Los motores viejos no tienen la opción de que el eje de levas haga estos cambios, dictados por mandos electromecánicos que a su vez reciben señales del compu­tador. Para funcionar, tienen unos reglajes intermedios, y generalmen­te la potencia final será menor a la de uno moderno multivalvular de cilindrada equivalente.

José Clopatofsky

El papel de la gasolina

Todo lo explicado en el artículo central tiene que mirarse con otro calibrador, y es la cantidad de gasolina que consu­me el motor para dar un determinado rendimiento o BMEP. Ese se llama Brake Specific Fuel Consumption (BSFC), que se tomaría ya con caudalímetros de alta precisión colocados en las líneas de combustible, porque no es lo mismo dar, por ejemplo, 20 caballos con medio galón de gasolina por hora que con mayor cantidad de insumo.

¿Los turbos cómo juegan?

Un turbo o supercargador mete el aire a presión en el mo­tor, por lo cual la presión interna aumenta dramáticamente y así suben el torque y también los caballos porque las cámaras estarán más densas, inclusive por encima de su capacidad teórica, pues el aire viene presurizado.

En la fórmula, la potencia obtenida con respecto a la ci­lindrada nos dará un BMEP mucho más alto inmediatamen­te. Como la energía para mover el turbo es gratuita, pues lo hacen los gases de escape, se utiliza y se consiguen motores mucho más pequeños en cilindrada que mueven los autos que antes tenían grandes motores. Claramente, el turbo va a ser de serie en pocos años en todos los carros por encima de la línea básica.

¿Torque o caballos?

La oferta de rendimiento de los motores presentes está mucho más enfoca­da en decirle a la gente cuánto torque tiene y cuánto CO2 emite a la atmósfera.

El torque lo indican en las fichas en Nm o libras-pie a un número de rpm muy inferior al de la máxima potencia. ¿Por qué? Porque hay una gama del giro del motor cuando se logra el mejor llenado de los cilindros y cámaras y es cuando más presión interna hay y gira con más fuerza o torque.

Más torque es mucho mejor, porque el carro pica más, sale perfecto en las curvas, se recupera en las aceleraciones, sube mejor y gasta menos. Y se usan las relaciones de caja y diferencial para llegar a las velocidades altas.

Para hacer funcionar los caballos hay que subir al tope de revoluciones, au­mentando el desgaste de la máquina y afectando el consumo.

Por lo tanto, es mejor mirar esa ficha técnica con ojos bien avisados sobre la cifra del torque. Cuanto más, mejor.

¿Para qué cajas con tantos cambios?

Como vemos, el motor tiene un momento de llenado ideal, y si se usa en esa gama de revoluciones, se obtiene el mayor torque con menos acelerador porque la máquina está succio­nando en su punto más eficiente. O recibiendo aire del turbo en grandes dosis porque hay más tiempo con las válvulas abiertas esperando la mezcla.

En las cajas viejas, por ejemplo una automática o mecánica de cuatro cambios, el espacio entre las relaciones es demasiado amplio y el motor no se usa en su mejor momento de torque.

Con toda la nueva tecnología, que se concentra en reducir las emisiones, y para ello hay que gastar menos gasolina (además del factor costo), los fabricantes han comenzado a poner muchas más relaciones en las cajas para que el motor vaya siempre en la zona de torque. Las cajas de ocho cambios y más ya comienzan a ser comunes con los motores más grandes, y de­ben ser automáticas, pues sería imposible manejarlas a mano.

En este orden de necesidades, las cajas CVT de relaciones variables continuas se han per­feccionado y juegan en la oferta.

DATOS
Los compradores de autos asumen las características de las fichas técnicas como una verdad absoluta, pero por detrás siempre está la diferencia de ingeniería y experiencia de los fabricantes, que hace que los caballos sean 'distintos' en cada marca.

El dinamómetro es la máquina que siempre dice la última palabra, pero el acceso a estos bancos de pruebas está limitado a las fábricas. Este 'dino' de AMG indica que todos los motores salen con mínimas diferencias, así sus piezas sean idénticas

Los conceptos de los diseños de los motores han cambiado radicalmente, pues para mejorar el consumo y las emisiones es mucho más importante un gran torque que una suma enorme de caballos a altas revoluciones.

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