Ensayo de arrastre con culata con aspiración natural

Este segundo ensayo es el arrastre con culata con aspiración natural que tiene lugar en el interior del MCIA. En concreto, el ciclo que tiene lugar es la admisión de aire a presión atmosférica, la compresión de dicho aire en el interior de la cámara de combustión, y su posterior expansión y escape.

1.8.4.2.1. Resultados de potencia y par.

Figura 1. 81. Potencia eléctrica total para arrastre con culata con asp. natural.

Los comportamientos de potencia eléctrica total y neta son los esperados. La única diferencia que se observa respecto al arrastre sin culata es que, en este caso de arrastre con culata con aspiración natural, se requiere algo más de potencia para arrastrar al MCIA, por la compresión de los gases en la cámara de combustión.

Figura 1. 83. Par estimado para arrastre con culata con asp. natural.

En este caso, el comportamiento del par es el mismo que en el arrastre sin culata, pero los valores son mayores en este caso, siendo a bajo régimen donde se perciben mejor las diferencias.

Figura 1. 84. Potencia neta vs Par para arrastre con culata con asp. natural.

La tendencia es la esperada en este caso también, siendo el rango de potencia neta vs par mayor que en el caso del arrastre sin culata.

1.8.4.2.2. Resultados de esfuerzos en biela.

A continuación, se mostrarán los resultados de esfuerzos en biela, tanto los experimentales medidos por la galga, como los teóricos a partir de la Ecuación 1. 32, sustituyendo la presión por la presión medida en la cámara de combustión.

Figura 1. 85. Fuerza en biela para arrastre con culata con asp. natural a 200 rpm.

En este caso, la fuerza en biela muestra un pico considerable en el PMS de compresión. Esto es debido a que los efectos de la inercia son mucho menores que los de arrastre con culata con aspiración natural de los gases en el interior de la cámara de combustión.

Figura 1. 87. Fuerza en biela para arrastre con culata con asp. natural a 750 rpm.

Figura 1. 88. Fuerza en biela para arrastre con culata con asp. natural a 1000 rpm.

De igual manera que en el caso de arrastre sin culata, conforme aumenta la temperatura y el régimen, la gráfica de fuerza en biela experimental tiende a mostrar una deriva hacia valores negativos, siendo más notable los efectos a 80ºC.

Figura 1. 89. Fuerza en biela para arrastre con culata con asp. natural a 1500 rpm.

Figura 1. 90. Fuerza en biela para arrastre con culata con asp. natural a 2000 rpm.

Aparte del efecto de deriva por la temperatura, en las gráficas de la Figura 1. 89 y la Figura 1. 90 se puede ver que, conforme aumenta el régimen, se produce una deformación en la forma de la fuerza en biela en las zonas cercanas al PMS de admisión. Esto es debido a que los efectos de la inercia comienzan a adquirir mayor importancia en todo el ciclo, pero es en esa zona donde más se aprecian, pues en el PMS de compresión influye mucho más la presión en cámara.

Tal y como se puede ver desde la Figura 1. 85 hasta la Figura 1. 90, el pico de esfuerzo en biela va incrementándose con el aumento del régimen. Esto se debe a un incremento de la presión con el régimen de giro. La explicación a este fenómeno es la siguiente:

cuanto mayor es el régimen, más rápido se produce el ciclo y, por tanto, las fugas por blow-by son menores al producirse en menos tiempo el ciclo. Por ello, el pico de presión es menor cuando el régimen es bajo al haber más fugas por blow-by, y mayor conforme aumenta el régimen, pues se ve una presión con menos fugas.

1.8.4.2.3. Fuerzas de fricción resultantes.

A continuación, se mostrarán las fuerzas de fricción resultantes, siguiendo el mismo procedimiento que el realizado para el ensayo de arrastre sin culata.

En este caso, los valores de fuerza de fricción son mayores que para el arrastre sin culata. Esto es lógico pues, en esta ocasión, hace falta un esfuerzo más elevado para arrastrar el motor con una compresión de los gases en la cámara de combustión.

De igual manera, además, la tendencia del cambio de signo en la fuerza de fricción se ve mejor cuando el régimen es más bajo. Además, en este ensayo, la nitidez de las gráficas es mucho menor que en el arrastre sin culata. Esto se debe a que aquí hay más factores que entran en juego, como la presión en cámara, que modifican la claridad de la señal medida.

Sin embargo, en este ensayo, existen ciertas zonas con un comportamiento anómalo. En concreto, los dos PMS muestran un valor no satisfactorio. Para el caso del PMS de admisión, la fuerza de fricción es menor a cero, y toma un valor mucho mayor a cero en el PMS de compresión. Esto puede deberse a errores en la medición de la presión, pues quizá el sensor piezoeléctrico no responde como se espera. Además, tampoco se está midiendo la presión en cárter, algo que puede afectar también.

Figura 1. 94. Fricción para arrastre con culata con asp. natural a 40ºC (II).

Tal y como se puede apreciar, las fuerzas de fricción disminuyen ligeramente con el incremento de la temperatura, lo que se traduce en una bajada de viscosidad, una mejor lubricación y, por tanto, una menor fricción.

Figura 1. 96. Fricción para arrastre con culata con asp. natural a 60ºC (II).

Figura 1. 98. Fricción para arrastre con culata con asp. natural a 80ºC (II).

Como conclusión a este apartado, simplemente queda decir que la presión medida se ha realizado con un instrumento preparado para medir en un rango diferente de aquél en el que se ha realizado, lo que justifica los picos anómalos de fuerza de fricción. Sin embargo, la reducción de dicha fuerza con el incremento de la temperatura y el aumento de la fuerza en comparación con el arrastre sin culata son dos buenas noticias que se extraen de este ensayo.

1.8.4.3. Ensayo de arrastre con culata con aspiración