1. ESCUELA
UNIVERSITARIA
DE
INGENIERÍA
TÉCNICA
INDUSTRIAL
DEPARTAMENTO
DE
MECÁNICA
INDUSTRIAL
CURVAS
CARACTERÍSTICAS
Y
APLICACIONES
Rubén
García
Navas
49061
José
Gonzalo
Lorenzo
Silvestre
48511
Jonatan
Mar@n
Blázquez
48482
Óscar
Ruiz
Gómez
49050
Miguel
Ángel
Sánchez
Rouco
48688
Pedro
Zambrana
García
48650
2. Curvas
características
Indice
1. Introducción
2. Variables
que
afectan
a
los
parámetros
de
salida
del
motor
3. Curvas
caracterís]cas
a
plena
carga
4. Curvas
caracterís]cas
a
carga
parcial
5. Curvas
caracterís]cas
de
otros
parámetros
6. Variación
de
la
potencia
con
la
altura
en
aplicaciones
aeronáu]cas
7. Bibliogra_a
8. Caso
prác]co
3. Curvas
características
1.
Introducción
Definición:
Diagramas
que
representan
uno
o
varios
parámetros
de
interés
en
función
de
las
condiciones
opera]vas
del
motor.
Parámetros
de
interés:
Potencia.
Par.
Pme
(presión
media
efec]va).
Consumo
o
rendimiento.
Emisiones.
Dosado.
Caudales
y
temperaturas.
Tasa
de
EGR.
…
“en
general
cualquier
otro
parámetro
que
pueda
ser
de
interés
en
una
determinada
aplicación”
4. Curvas
características
Obje]vo:
-‐
Mostrar
el
intervalo
de
uso
de
sus
variables
de
operación,
sustancialmente
carga
y
régimen
de
giro.
-‐
Describir
la
variación
de
los
parámetros
de
los
MCIA
en
función
de
las
condiciones
de
operación.
-‐
Evaluar
la
idoneidad
de
un
motor
para
una
determinada
aplicación.
-‐
La
comparación
de
diferentes
motores
entre
sí.
5. Curvas
características
Tipos
de
curvas:
Curvas
caracterís4cas
de
velocidad.
Presentan
los
parámetros
del
motor
en
función
del
régimen
de
giro
y
para
un
grado
de
carga
constante.
Curvas
caracterís4cas
de
carga.
Presentan
los
parámetros
del
motor
en
función
de
la
carga
para
un
régimen
de
giro
determinado.
6. Curvas
características
Curvas
caracterís4cas
mul4paramétricas.
Presentan
la
variación
de
los
parámetros
de
salida
del
motor
en
función
de
más
de
una
variable
de
operación.
Curvas
caracterís4cas
de
regulación
(calibración).
Su
estructura
y
naturaleza
es
muy
dependiente
de
la
aplicación
así
como
del
parámetro
de
regulación
empleado.
7. Curvas
características
Disposición
de
las
curvas:
Automoción
(general):
-‐
2
grados
de
libertad
“gdl”
(posición
del
acelerador
y
par
de
frenado)
-‐
2
variables
→
el
régimen
de
giro
”n”
y
par.
Generación
de
electricidad:
-‐
El
motor
gira
“n”
fijo,
↓
el
“gdc”
a
1.
Aeronáu]ca:
-‐
Se
puede
seleccionar
un
dosado
independiente
de
la
posición
de
la
mariposa
de
admisión,
↑
”gdc”.
8. Curvas
características
Normalización
de
parámetros
-‐
Par
motor
y
potencia
→
presión
media
efec]va
y
potencia
por
unidad
de
superficie
del
émbolo.
-‐
El
consumo
específico
→
ηe
del
motor,
independiente
del
combus]ble
empleado.
*La
cogeneración
→
parámetro
de
estudio
→
calor
residual
del
motor
→
valor
industrial
y
económico
como
fuente
de
energía*
9. Curvas
características
Principales
variables
de
operación
de
los
MCIA:
-‐
El
régimen
de
giro
→
amplios
intervalos
de
funcionamiento.
-‐
Grado
de
carga
complementa
al
régimen
de
giro,
definiendo
las
condiciones
de
funcionamiento
del
motor.
-‐
Para
comparar
motores
se
normalizan
algunas
variables
de
operación.
*Velocidad
lineal
media
del
pistón
en
lugar
del
régimen
de
giro*
-‐
Empleo
de
variables
secundarias
que
complementen
a
otras.
*Operación
en
condiciones
atmosféricas
no
estándar*
10. Curvas
características
Diferencia
entre
grado
de
carga
en
MEP
Y
MEC:
– MEP
:
•
Motor
alimentado
por
mezcla
homogénea
en
carrera
de
admisión.
• Carga
regulada
por
mariposa
de
admisión.
• ↓
grado
de
carga
→↓
entrada
de
mezcla
en
el
cilindro.
– MEC:
• La
inyección
se
produce
al
final
de
la
carrera
de
compresión
sin
variar
la
can]dad
de
aire
aspirado
cuando
se
modifica
el
grado
de
carga
a
régimen
constante.
11. Curvas
características
2.
Variables
que
afectan
a
los
parámetros
de
salida
del
motor
·∙
Dosado
MEC
MEP
-‐
Variable
de
control
del
grado
de
carga.
-‐
Su
variación
es
considerablemente
menor.
-‐
Influye
→
potencia
efec]va
matemá]camente
y
a
través
del
ηe
(
ηi
)
-‐
Influye
→
desarrollo
de
la
combus]ón
y
sobre
el
ηe.
-‐
Valor
máximo
→
emisiones
(hollín
y
NOx).
-‐
Influye
→
temperaturas
tanto
del
gas
de
-‐
Limitación
por
carga
térmica
→
dosados
escape,
como
del
agua
de
refrigeración.
mayores.
-‐
Considerar
sus
variaciones
en
función
del
-‐
Sobre
el
consumo
específico
→
grado
de
carga
y
régimen
de
giro
del
motor.
matemá]camente,
a
través
del
ηe.
12. Curvas
características
·∙
Presión
y
temperatura
de
admisión:
-‐
La
Padm
→
variable
de
control
de
la
carga
en
los
MEP.
-‐
Regulación
→
válvula
de
mariposa
y
mediante
el
grado
de
sobrealimentación.
-‐
Influye
→
renovación
de
la
carga,
alterando
la
combus]ón.
-‐
En
verdad
el
grado
de
carga
en
MEP
depende
de
ρadm
(P
y
T).
-‐
Δt
→
transmisión
de
calor,
evaporación
combus]ble
(MEP)
13. Curvas
características
·∙
Régimen
de
giro:
-‐
Variable
de
operación
dependiente
del
acoplamiento
entre
la
potencia
suministrada
por
el
motor
y
la
oposición
al
giro
que
ejerce
el
elemento
accionado
por
el
mismo.
-‐
Si
“n”
varía
→
varía
la
potencia
entregada
por
el
MCIA.
-‐Funcionamiento
óp]mo
→
en
un
“n”determinado,
pero
en
un
motor
alterna]vo
se
presenta
un
amplio
rango
de
“n”
adecuado.
-‐
“n”
fijo
→
por
cues]ones
de
la
maquinaria.
-‐
Si
“n”
varía
→
afecta
renovación
de
la
carga
y
combus]ón
14. Curvas
características
·∙
Caracterís]cas
del
combus]ble:
-‐
El
índice
de
octano
y
de
cetano
→
al
proceso
de
combus]ón.
-‐
Combus]bles
gaseosos
→
llenado,
pero
mejoras
en
procesos
de
mezcla
con
el
aire.
El
poder
calorífico
de
una
gasolina
no
varía
apenas
con
el
índice
de
octano
-‐ Un
MEP
no
varía
por
alimentarlo
con
un
combus4ble
de
↑
octanaje.
Con
↑
octanaje
posible
trabajar
con
una
↑
relación
de
compresión
=>
presiones
medias
efec4vas
máximas
↑
y
consumos
específicos
mínimos
↓.
15. Curvas
características
·∙
Recirculación
de
gases
de
escape:
-‐
Reducir
emisiones
de
NOx
afecta
renovación
de
la
carga.
-‐
Influye
↓
en
potencia
y
consumo
específico.
·∙
Avance
al
encendido:
-‐Valor
óp]mo
→
experimentalmente
buscando
el
Parmax
“centrado
de
la
combus]ón”o
“MBT”.
·∙
Inyección
de
combus]ble:
-‐Tanto
al
inicio
como
en
su
distribución
temporal
afectan
a
la
combus]ón
de
un
MEC
16. Curvas
características
·∙
Relación
de
compresión
-‐Variable
de
diseño
y
operación
que
afecta
a
ρ
de
los
MCIA
“Permite
modificar
las
curvas
del
motor,
↓
el
consumo
específico
a
“n”
↑
y
a
carga
parcial,
donde
el
riesgo
de
autoencendido
↓”
-‐
Se
puede
↑
la
potencia,
si
el
motor
esta
diseñado
para
soportar
una
mayor
carga
térmica
y
mecánica.
·∙
Inyección
de
agua
y
metanol
-‐
La
inyección
de
agua
→
↑
refrigeración,
↑
autoencendido
→
↑
la
potencia
45%
-‐
Mezclas
agua
y
metanol
(no
congelación)
→
↑
la
potencia
un
85%.
17. Curvas
características
3.
Curvas
caracterís4cas
a
plena
carga
• Definición:
Se
ob]enen
cuando
el
motor
opera
a
plena
carga:
-‐
Mariposa
abierta
en
MEP
-‐
Plena
inyección
en
MEC
• Información:
-‐
Ordenadas:
Par
motor,
potencia,
consumo
específico,
rendimiento,
emisiones
contaminantes,
rendimiento
volumétrico
…
-‐
Abscisas:
Velocidad
de
giro.
• Ensayo
del
motor:
mando
de
control
fijo
en
posición
de
máxima
demanda.
Grado
de
libertad
está
en
el
freno
donde
se
disipa
la
energía.
Regula
el
régimen
de
giro
o
carga,
midiéndose
el
par
motor,
la
potencia
efec]va
y
el
consumo
específico
para
cada
régimen.
18. Curvas
características
• Morfología:
En
automoción,
la
morfología
de
las
curvas
caracterís]cas
a
plena
carga
de
un
MCIA
responde
al
ejemplo
mostrado
en
la
figura
(izquierda).
Morfología
debida
al
comportamiento
con
el
régimen
de
las
variables
de
las
que
depende
cada
parámetro.
Morfología
@pica
de
curvas
a
plena
carga
(izda)
y
variación
del
rendimiento
indicado,
mecánico
y
efec]vo
de
un
MCIA
con
el
régimen
(dcha)
19. Curvas
características
• Observaciones:
– Plena
carga
en
MEP
y
MEC
a
dosado
constante.
Variaciones
del
par
motor
con
n
(rpm)
debido
a
variaciones
ɳv,
ɳi
y
ɳm.
• MEC:
Necesidad
de
reducir
el
dosado
a
elevados
regímenes
de
giro
debido
a
las
emisiones
(al
no
disponer
de
]empo
suficiente
para
completar
la
combus]ón,
especialmente
en
motores
de
baja
turbulencia).
• En
MEC:
sistema
de
inyección
corta
el
combus]ble
suministrado
a
par]r
del
régimen
máximo
de
diseño,
produciéndose
en
estos
motores
una
caída
brusca
del
par
a
estos
regímenes.
-‐
Rendimiento
volumétrico
determina,
en
la
mayor
parte
del
intervalo
de
u]lización
del
motor,
la
forma
de
la
curva
de
par.
A
↑
regímenes
de
giro,
la
↓
del
ɳv
y
ɳm
→
el
declive
más
significa]vo
de
la
curva
de
par.
20. Curvas
características
• -‐
El
máximo
de
la
curva
de
potencia
se
presenta
a
mayor
régimen
de
giro
que
el
de
la
de
par.
El
de
par
está
ubicado
en
el
punto
de
tangencia
de
la
curva
de
potencia
con
una
recta
trazada
desde
el
origen
de
coordenadas.
El
régimen
máximo
del
motor
se
suele
situar
ligeramente
a
la
derecha
del
de
máxima
potencia.
-‐
Consumo
específico
de
combus]ble
mínimo
en
un
régimen
intermedio
de
velocidad.
-‐ En
bajas
las
disminuye
el
rendimiento
(perdidas
de
calor
en
la
cámara
de
combus]ón
).
-‐ En
altas
aumentan
las
pérdidas
mecánicas
consecuencia
de
la
mayor
velocidad
del
pistón.
Curvas
caracterísGcas
a
plena
carga
de
un
MEC
turbosobrealimentado
(Audi
Q7
V12
TDI)
21. Curvas
características
-‐
Al
comparar
motores
de
diferente
cilindrada,
es
ú]l
la
u]lización
de
los
parámetros
normalizados:
Se
sus]tuye:
.
El
par
motor
por
la
presión
media
efec]va
en
las
curvas
caracterís]cas.
.
La
comparación
en
términos
de
potencia
se
hace
sobre
la
carga
térmica
(potencia
por
unidad
de
superficie
de
émbolo).
Curvas
de
plena
carga
de
diversos
motores
en
función
del
régimen
de
giro.
22. Curvas
características
Curvas
caracterís]cas
de
plena
carga
de
los
motores
anteriores
en
función
de
los
parámetros
normalizados
(Cm,
pme
y
Ne_esp
)
• -‐
El
ɳi
suele
mantenerse
en
un
valor
casi
constante
para
un
amplio
intervalo
de
valores
de
régimen
de
giro.
El
ɳm
muestra
valores
altos
a
bajo
régimen
y
decrecientes
con
el
régimen
de
giro.
El
gef
suele
aumentar
si
aumenta
el
régimen
de
giro
(excepto
para
bajos).
En
MEC,
suelen
llegar
a
tener
el
mínimo
de
gef
al
menor
régimen
de
u]lización
del
motor.
23. Curvas
características
-‐
Según
curva
de
par,
los
MCIA
pueden
ser:
-‐ Elás]co
:
.
Curva
de
par
muy
plana.
.
Ligeramente
creciente
al
disminuir
el
régimen.
.
Facilita
la
conducción
del
vehículo
(Audi
de
4,2
l
de
las
figuras
anteriores).
-‐
Exigido:
.
Máximo
de
par
motor
a
alto
régimen.
.
Curva
de
potencia
de
mayor
pendiente,
obligando
al
motor
a
operar
a
elevados
regímenes
de
giro.
.
Intervalo
de
régimen
es
reducido
pero
su
potencia
específica
es
elevada.
(Honda
CBR
600
F
de
las
figuras
anteriores)
Una
u
otra
configuración
para
un
motor
se
consigue
actuando
sobre
las
variables
de
diseño
(rendimiento
volumétrico
y
el
grado
de
sobrealimentación)
24. Curvas
características
• Consideraciones
par4culares
según
el
4po
de
motor
-‐
Evolución
tecnológica
de
los
MCIA
è
másdis]ntos
]pos
de
motores.
-‐
Limitaciones
adicionales
a
su
funcionamiento
como:
.
Limitación
de
emisiones
contaminantes
.
Mejora
de
diseños
de
turbocompresores,
distribuciones
y
colectores
de
geometría
variable
o
sistemas
de
mul]inyección
…
-‐
Tendencias
básicas
de
cada
concepción
de
motor:
MEP
de
aspiración
natural
è
varios
máximos
en
la
curva
de
par.
MEP
sobrealimentado
è
menor
gef
que
el
anterior,
menor
rendimiento,
reducción
brusca
del
par
a
bajo
régimen,
mayor
pme
…
MEC
de
aspiración
natural
è
curva
de
par
más
plana,
menor
pme
que
MEP
equivalente,
menor
rendimiento
que
el
sobrealimentado
…
MEC
sobrealimentado
è
mayor
rendimiento,
disminuye
gasto
específico
de
combus4ble,
sobrealimentación
no
tan
limitada
como
en
MEP
25. Curvas
características
Curvas
caracterís]cas
de
plena
carga
de
los
MEP.
Buick
V6
de
aspiración
natural
(izda)
y
versión
turbosobrealiemntada
(dcha)
-‐
Se
observa:
motores
sobrealimentados
suelen
tener
una
curva
de
par
plana
en
función
del
régimen,
es
decir,
son
motores
que
se
pueden
considerar
como
elás]cos.
Mayor
par
y
potencia
efec]vos
al
mismo
régimen.
26. Curvas
características
4.
Curvas
caracterís4cas
a
carga
parcial
• Definición:
Se
ob]enen
manteniendo
constante
la
velocidad
de
giro
y
variando
la
carga
del
motor:
-‐
Variando
apertura
de
mariposa
de
admisión
en
MEP
-‐
Variando
el
caudal
de
combus]ble
inyectado
en
MEC
• Conceptos:
– Consumo
específico:
consumo
horario
de
combus]ble
en
relación
a
la
potencia
producida.
Las
unidades
usadas
habitualmente
son
g/kWh,.
Suele
ser
usual
expresarlo
en
litros
por
kilometro.
– Grado
de
carga
del
motor:.
Se
suele
aplicar
al
par
en
el
eje,
a
la
potencia
e
incluso
al
caudal
de
combus]ble.
Es
el
cociente
entre
el
par
efec]vo
producido
por
el
motor
en
cierta
condición
de
funcionamiento
y
el
máximo
que
puede
producir
a
esa
La
regulación
del
grado
de
carga
se
consigue
de
dis]nta
manera
según
el
]po
de
motor.
27. Curvas
características
Al
comparar
las
curvas
mul]paramétricas
de
isoconsumo
específico
de
un
MEP
de
aspiración
natura
y
de
un
MEC
sobrealimentado,
se
observa:
– Mayor
máximo
de
la
velocidad
lineal
media
del
pistón
en
el
caso
de
MEP.
– Mayor
valor
de
la
presión
media
efec]va
del
motor
MEC
frente
al
MEP.
Cabe
destacar
de
dichas
curvas
la
línea
de
plena
carga
y
el
polo
económico.
28. Curvas
características
·∙
La
línea
de
plena
carga
limita
por
arriba
la
zona
de
u]lización
del
motor,
siendo
una
traslación
directa
de
la
curva
de
par
motor
a
plena
carga.
·∙
El
polo
económico
muestra
las
condiciones
de
régimen
y
carga
para
las
que
el
rendimiento
del
motor
es
máximo
(gef
mínimo).
Diseños
actuales
presentan
el
polo
económico
para
regímenes
intermedios
tanto
en
MEC
como
en
MEP.
Como
consecuencia
del
proceso
de
combus]ón,
los
MEC
suelen
presentar
su
polo
económico
situado
en
valores
más
bajos
de
cm
que
los
MEP.
29. Curvas
características
5.
Curvas
caracterís4cas
de
otros
parámetros
·∙
Curvas
de
interés
de
cogeneración
Evolución
del
consumo
específico
con
la
carga,
en
términos
de
potencia,
para
motores
empleados
en
cogeneración.
Aumenta
el
consumo
específico
cuando
la
carga
del
motor
disminuye.
Temperatura
de
escape
y
gasto
másico.
30. Curvas
características
·∙
Curvas
de
emisiones
contaminantes
-‐
MEP:
*
Hidrocarburo
sin
quemar
-‐
MEC:
*
NOX
*
CO
*
Humos
*
NOX
*
Par@culas
Curva
de
isoemisiones
-‐
Menores
emisiones
de
NOX:
Zona
de
bajo
régimen
y
carga
:
Zona
de
mayor
control:
Hay
que
actuar.
-‐
Mayores
emisiones
de
NOX:
Zona
de
alto
régimen
y
carga
Ejemplo
motor
diésel
31. Curvas
características
·∙
Ejemplo
de
mapas
de
funcionamiento
del
motor
Curvas EGR de un MEP Curvas EGR de un MEC
MEP con inyección directa de gasolína
Ángulo de avance de la preinyección de un motor
Ángulo de avance al encendido de un MEP diésel sobrealimentado
32. Curvas
características
6.
Variación
de
la
potencia
con
la
altura
en
aplicaciones
aeronáu4cas
• Nivel
de
vuelo
está
determinado
por
la
presión,
no
por
la
distancia
al
suelo.
• Creación
de
la
norma:
Atmósfera
Estándar
Internacional
(
InternaGonal
Standard
Atmosphere
o
ISA
).
• La
ISA
]ene
muy
buena
aproximación
entre
al]tud
y
presión.
• Ecuaciones
de
Toussaint
(válidas
hasta
los
11.000
m
):
TZ=
T0+
6,5·∙10-‐3
z
p =
p (
T +
6,5·∙10-‐3
z/T )(g/6,5·∙10^-‐3
R)
Z 0 0
0
ρZ=
ρ0(T0+
6,5·∙10-‐3
z/T0)(g6,5·∙10^-‐3
R)-‐1
33. Curvas
características
·∙
Para
MCIA
en
aviación:
-‐
Curvas
de
calibrado
al
nivel
del
mar.
Obtenidas:
-‐
Curvas
de
calibrado
en
altura.
-‐
Según
ISA.
·∙
Con
dichas
curvas
obtenemos:
-‐
La
potencia
en
condiciones
no
estándar.
·∙
Cada
gráfica
de
hace
para
un
dosado
determinado.
·∙
Cada
gráfica
se
hace
para
un
dosado
determinado.
34. Curvas
características
Fisionomía
de
las
curvas
• Curvas
de
calibrado
al
nivel
del
mar:
-‐
Potencia
suministrada
en
función
de:
·∙
La
velocidad
de
giro.
·∙
La
presión
de
admisión.
-‐
Representación
de
la
curva
de
máxima
potencia
en
despegue.
35. Curvas
características
• Curvas
de
calibrado
en
altura:
-‐
Potencia
suministrada
en
función
de:
·∙
La
presión
de
admisión.
·∙
La
Al]tud
de
vuelo.
·∙
Régimen
de
giro.
-‐
Dis]nguimos
dos
tramos:
·∙
Tramo
ascendente
(motores
sobrealimentados)
·∙
Tramo
descendente
(Reduce
la
potencia
suministrada
por
el
motor)
36. Curvas
características
Altura
de
restablecimiento
o
altura
crí]ca
• Altura
crí]ca:
Altura
mínima
a
la
que
se
puede
u]lizar
totalmente
el
compresor
(sin
el
limitador
de
presión)
• La
pendiente
puede
variar
dependiendo
si
el
compresor
está
arrastrado
por:
-‐
Cigüeñal
-‐
Turbocompresor
• Si
la
temperatura
no
corresponde
a
la
atmosférica,
se
u]liza
la
siguiente
corrección:
Ne,t=Ne,ts
((273+
ts)/(273+t))
• Como
alterna]va:
-‐
Disminuir
un
0,2%
la
potencia,
por
cada
ºC
en
exceso.
37. Curvas
características
8.
Caso
prác4co
-‐
Carácterísa]cas
del
motor
de
serie
-‐
Modificaciones
realizadas
al
motor
Tabla de características principales del motor de serie ·∙
Instalación
de
árboles
de
levas
de
la
marca
CAT-‐CAMS.
Tipo de motor NFX ·∙
Modificación
de
la
mariposa
de
admisión
Código de motor TU5J4 aumentando
su
diámetro
de
50
a
55
mm
Cilindrada (cm3) 1587 mediante
un
torneado.
DiámetroxCarrera (mm) 78,5x82 ·∙
Modificación
de
la
culata,
rebaje,
planificado
Relación de compresión 10,8:1 y
mejora
de
los
conductos
de
admisión
y
escape.
Potencia máxima a r.p.m (Cv) 120 a 6600 ·∙
Modificación
de
volante
motor.
Par máximo a r.p.m (m·kg) 15 a 5200 ·∙
Modificación
del
sistema
de
escape.
Gestión electrónica IAWP41 ·∙
Lapeado
del
bloque
de
cilindros.
·∙
Modificación
de
la
electrónica.
39. Curvas
características
-‐
Tabla
compara]va
TABLA COMPARATIVA
MOTOR SERIE MOTOR MODIFICADO
Rel. Compresión 10,8.1 12,0:1 Rel. Compresión
Potencia máxima a Potencia máxima a
r.p.m (Cv) 120 a 6600 137,063 a 6936 r.p.m (Cv)
Par máximo a r.p.m Par máximo a r.p.m
(m·kg) 15 a 5200 15,27 a 5058 (m·kg)
40. Curvas
características
7.
Bibliogra[a
• Payri,
F.;
Desantes,
J.M.:
“Motores
de
CombusGón
Interna
AlternaGvos”.
Ed.
Reverté,
2011.
• Rodríguez
Antón,
L.M.:
“Apuntes
de
Sistemas
Auxiliares
de
Motores
y
Máquinas”.
Servicio
de
Publicaciones
EUITI-‐Madrid,
2004/2005.
• SportDyno34,
programa
del
banco
de
potencia.