Potencia Del Motor: Los Caminos Y Alternativas Para Aumentarla

Los caminos para aumentar la potencia del motor de combustión interna son varios, en primera instancia hay que saber que el motor necesita mezclar una cantidad determinada de oxigeno con combustible para poder producir la combustión en la recamara de combustión.

Entonces, sabiendo esto, para aumentar la potencia del motor se necesita producir un aumento en el consumo del aire mezclado con combustible. Debido a lo comentado, podemos aumentar la potencia del motor a través de las siguientes posibilidades que consisten en aumentar el aumento en el consumo de aire.

  1. Por aumento de la cilindrada.
  2. Por aumento en la presión media efectiva.
  3. Por aumento del régimen de giro.

Alternativa nº1: Aumento de la cilindrada

El efecto del aumento de la cilindrada consiste en el sentido de aumentar la capacidad volumétrica del motor, con eso lo que se quiere es que la capacidad de alimentarse con la mezcla aire-combustible sea mayor, lo que finalmente aumentará el consumo de aire y en definitivas cuentas aumentará la potencia del motor. Para aumentar la cilindrada hay 3 caminos:

  • Aumentando el diámetro del cilindro.
  • Aumentando la carrera del pistón.
  • Aumentando el número de cilindros (alternativa muy poco probable)

Para cualquiera de los 3 casos mencionados se obtendrá un aumento en el consumo de aire para el mismo régimen de giro, de manera que con cualquiera de los caminos mencionados se podrá esperar el un aumento de la potencia del motor.

Alternativa nº2: Aumento de la presión media efectiva

Antes que todo podemos definir la presión media efectiva como el valor promedio de las presiones que se desarrollan en el interior de la recamara de combustión mientras el proceso de combustión se está produciendo.

 Las condiciones termodinámicas que rigen el comportamiento de la explosión en el interior de un motor de combustión interna establece que cuanto mayor sea la temperatura que se alcance dentro de la recamara de combustión en el preciso momento en que se enciende la mezcla aire-combustible mayor será también la cantidad de energía calórica producida. Lo que en definitivas cuentas aumentará la potencia del motor.

Entonces, hay que recordar que la presión y la temperatura termodinámicamente hablando son funciones dependientes, es decir, que el comportamiento de una produce cambios en el comportamiento de la otra, por ende, cuando hay un aumento importante en la presión promedio o media efectiva en la cámara de combustión también habrá un aumento en la temperatura promedio que al final de cuentas producirá un aumento en la potencia del motor.

Entonces, ya sabiendo el principio físico y termodinámico que rige el comportamiento dentro de la cámara de combustión, es necesario idear los caminos para hacer posible el aumento de la potencia del motor, en ese orden de ideas, generalmente para aumentar la presión promedio o media efectiva se suelen usar los siguientes métodos:

  • Aumentando la relación de compresión.
  • Aumentando la entrada de la mezcla.
  • Mejorando las condiciones en el funcionamiento de las válvulas y sus respectivos conductos.

Alternativa nº3: Aumento del régimen de giro

El principio físico que está detrás de esta alternativa es el aligeramiento de las masas, con él lo que se busca es permitir que las fuerzas inerciales sobre los componentes que están en movimiento actúen con mayor intensidad.

Sabiendo esto, lo que generalmente suele hacerse es aligerar los pesos de las piezas que realizar el movimiento en el motor, piezas que van desde el volante, bielas, cigüeñal, pistones, distribución hasta las válvulas. Este aligeramiento de peso traerá consigo un aumento en el consumo de aire, ya que, al disminuir el peso, se aumenta la capacidad de giro, lo que finalmente permitirá un mayor consumo de aire para las mismas condiciones de capacidad volumétrica del motor.

Sin embargo, el método de aligeramiento de las masas suele se comprometido para el motor, ya que, el procedimiento consiste en hacer pasar las piezas comentadas por las fresadoras correspondientes, disminuyéndole sus diámetros y longitudes, lo que hace que dichas piezas sean más susceptibles a fallos mecánicos, y por ende se reduce la vida útil del motor.

Existe otra alternativa, esta consiste en reemplazar las piezas que se ven inmersas en el movimiento y giro del motor por otras de menor peso y mayor resistencia, piezas con bielas de titanio, así como pistones forjados de aleaciones más livianas son las opciones más viables. La aplicación de una u otra alternativa básicamente se hace por el costo final, aunque obviamente la segunda es mucho mejor para la vida del motor.

Ya conocidas las 3 posibles alternativas en la que se puede aumentar la potencia del motor, es también necesario para nosotros brindarle a nuestra comunidad bloguera conocimientos generales de las piezas del motor que fueron comentadas e intervienen en el proceso de aumento de potencia del motor.

Tapas de cilindrospotencia del motor

En este elemento se produce la entrada, control y expulsión de los gases de combustión, es en esta pieza donde se pueden realizar modificaciones con un considerable impacto en el aumento de la potencia del motor, en la tapa de cilindros se pueden efectuar modificaciones en:

  • Calmara de combustión.
  • Válvulas de admisión y escape.
  • Conductos de admisión y escape.

Cámara de combustión:

Es este segmento donde se produce en tan importante proceso de conversión de energía térmica a mecánica, lo que hace que esta zona sea la más importante de todo el motor, ya que, sin el suceso de este fenómeno ningún otro mecanismo o proceso mecánico o eléctrico tiene sentido alguno. Con esto se presenta una idea lo importante que es esta pieza al modificar o mejorarlo en relación al rendimiento y potencia del motor.

Dentro de una cámara de combustión se produce el fenómeno de la combustión, el proceso consiste en la entra de la mezcla de aire-combustible por los conductos de admisión una vez las válvulas están en posición de entrada, durante esta etapa de entrada el pistón ha descendido hasta su punto muerto inferior, una vez la válvula de admisión se cierra comienza la carrera de compresión del pistón, en ese proceso de genera la presión y temperatura necesaria para la combustión.

Una vez son alcanzadas las condiciones térmicas y de presión necesarias, toda la mezcla entra en ignición gracias a la chispa generada por un sistema eléctrico (para motores a gasolina), en ese instante donde se genera la chispa se abre la válvula de escape y se dejan escapar los gases por el conducto de escape, todo este proceso que le da vida al vehículo sucede dentro de la cámara de combustión.

Es importante señalar, que la forma interna de la cámara de combustión tiene relación directa con el aumento o disminución de la relación de compresión, ya que, toda cámara de combustión que se señale eficiente debe estar dotada de una forma tal donde la mezcla pueda generar la turbulencia necesaria para poder producir un quemado total y rápido de la mezcla, en tanto al fenómeno de la relación de compresión, ahondaremos.

Relación de compresión:potencia del motor

Este fenómeno debe ser tomado en cuenta por lo siguiente, tanto mayor sea el índice de compresión de la mezcla, tanto mayor será el aumento de la potencia del motor, debido a que mayor es el aprovechamiento de la energía del combustible, así como mayor también será los caballos de fuerza que pueden ser extraídos de la misma cantidad de combustible.

Sin embargo, hay que acotar que, a medida que se aumenta la relación de compresión, mayores serán las tensiones que se formarán en el interior de la tapa de cilindros, así como mayor será la temperatura de todo el conjunto mecánico y también serán mayores los problemas asociados con la mezcla explosiva suscitando problemas de pistoneo y picado.

Como regla general, es aconsejable no sobrepasar para los motores alimentados por surtidor la relación máxima de compresión sea 11:1, mientras tanto para los motores llamado sobrealimentados o turbo, es aconsejable no sobrepasar la relación de compresión de 8,5:1.

Para aumentar la relación de compresión en la cámara de combustión generalmente lo que se hace es rebajar la tapa de los cilindros o usar pistones un poco más altos, de tal manera se reduce la cámara de combustión y por ende se aumenta la compresión.potenciar el motor

Las válvulas:

Como habíamos comentado en puntos anteriores, lo primordial para aumentar la potencia del motor es surtirlo de la mayor cantidad posible de mezcla aire-combustible, en tal sentido, los responsables de hacer pasar la mezcla explosiva por los conductos son las válvulas.

Así que, a medida que el diámetro de las cabezas de las válvulas sea mayor en esa misma medida será mayor la cantidad de mezcla que entra a la cámara de combustión, así como el factor de la velocidad en que los gases circulan a través de la cámara.

Obviamente, para poder colocar válvulas con cabezas de mayor tamaño es necesario previamente hacer modificaciones en el tamaño y ángulo de los asientos en el cuerpo del bloque motor. Como regla general, las válvulas de admisión son 15% más grandes que las válvulas de escape.

Como todo diseño de ingeniería en el que se procure tener la mayor eficiencia posible, la velocidad promedio con la que entran los gases a la cámara de combustión no puede ser cualquiera, ya que de ello depende el caudal y volumen de mezcla que se maneje dentro de la cámara. Se tienen dos medidas, para un máximo par motor entre 40 – 50 m/s y 65 – 75 m/s para una máxima potencia.

Obviamente, este parámetro de diseño condicionará el diámetro de las válvulas, ya que, si son grandes el motor rendirá mejor a altas rpm, mientras que para diámetros pequeños sucederá lo contrario.

Por otro lado, cuando el factor de las rpm no presenta mayores problemas, la limitación en el tamaño de las cabezas de las válvulas viene dada por el espacio entre ellas, ya que se diseñan hasta el punto tal que, sobrepasado este, las válvulas de admisión y escape se tocarían entre sí.

Otras soluciones que no hablan directamente del tamaño de las cabezas de las válvulas toca el factor del número de válvulas, ya que, los vehículos de última generación cuentan con mayor número de válvulas por cilindro. Dos para la admisión y dos para el escape por cada cilindro. El hecho de disponer de más válvulas, pero tamaños más pequeños permite diseñar perfiles levas que pueden operar a mayores rpm por el factor de la reducción del peso.

En general, la mejor distribución en la superficie de la cámara permitirá un mejor aprovechamiento del área para el pasaje de los gases, así como una mejor distribución del flujo de entrada hacia la cámara de combustión.

Conductos de admisión y escape:

El factor de diseño que se estudia para el aumento de la potencia del motor con respecto a los conductos de admisión y escape es el relacionado a la perdida de velocidad en el recorrido de la mezcla hasta la entrada a la cámara de combustión. Para solucionar esto lo que se intenta lograr es aumentar la presión con la que ingresa la mezcla a la cámara.

Generalmente, ante pequeños aumentos en la presión de entrada se obtiene buenos aumentos en la potencia del motor. Sin embargo, esto no sucede así en los conductos de escape, ya que, si se aumenta la presión que los gases de salida deben vencer para salir de la cámara de combustión solo conseguiremos una prolongación en tamaño y longitud de la llama de salida.

Debido a esto, es que los esfuerzos en este punto deben concentrarse solo en los conductos de admisión. El esfuerzo debe dirigirse en hacer que el conducto de admisión proponga la menor resistencia posible para la entrada de los gases, lo que al final se traducirá en una mayor velocidad de circulación de los gases de combustión.

Ese esfuerzo debe tomar en cuenta también la geometría adecuada que permita la turbulencia necesaria al entrar a la cámara de combustión a través de las válvulas de admisión. Es debido a esto que el diseño de este elemento se centra en la forma y pulido de los conductos de admisión, de manera tal, que orienten el paso de la mezcla conforme a los propósitos mencionados de disminución de la resistencia y generación de la turbulencia a la entrada de la cámara de combustión.

La explicación final acerca del interés por la turbulencia a la entrada de cámara recalca en saber que, cuando la mezcla es alcanzada por la chispa, ésta debe estar lo suficientemente revolucionada para que al hacer contacto con la chispa el frente de combustión avance fulminantemente. Son esos aspectos que en definitiva aumentan los caballos de fuerza, es decir, la potencia del motor.potenciar el motor

Por otro lado, en lo que respecta a los conductos de escape, el interés es lograr que los gases de combustión salgan con la mayor velocidad posible y de modo tal que, no haya turbulencia de la mezcla. Los conductos de escape se conectan con el múltiple de escape, donde éste último tiene una mayor importancia para los gases de salida, ya que, es de la forma y diseño de éste que se relaciona el rendimiento del motor en relación a los gases de salida.

Los diseños son variados según las características del motor, la cilindrada, el número de revoluciones que alcanza, entre otros. Son valores que se toman en cuenta para el diseño del múltiple de escape, sin embargo, como regla general, para bajas rpm se diseñan múltiples cortos tipo 4 en 2, mientras que para altas rpm se usan múltiples largos tipo 4 en 1.

Árbol de levas

El árbol de levas es un conjunto de piezas que se encarga de controlar las aperturas y cierres de las válvulas, ya sea a través de balancines o directamente. El perfil de levas, tiene una influencia decisiva sobre el rendimiento, velocidad y potencia del motor, motivo por el cual se pueden obtener rendimientos superiores en el motor realizándole algunas modificaciones al árbol de levas.

El perfil de leva es el que establece el diagrama de distribución, así como las condiciones en el funcionamiento de las levas. Conformemente, para mejor la potencia del motor se debe modificar el perfil de levas o cambiar completamente el árbol de levas.

La correcta elección del árbol de levas contempla un diseño previo sobre a donde se pretende llegar en la modificación del motor. La premisa se debe a que, al modificar la distribución no solo se tendrá un aumento en la potencia del motor, sino que también habrá un cambio en los valores de par máximo en los diferentes regímenes de giro, lo que puede desencadenar un comportamiento totalmente diferente del vehículo, propiciando características de conducción en ocasiones muy complicadas.

Esto sucede debido a que, al aumentar la potencia de los altos regímenes del motor en detrimento se les resta potencia a los regímenes menores de rpm. Estos efectos positivos y negativos suceden gracias a la modificación de los ángulos de contacto de las levas, es decir, al tipo del árbol de levas.

Como regla general, los árboles de levas se nombran o denominan de acuerdo a sus valores de avance y retraso, mencionando primero la admisión partiendo por el avance de ésta, luego se menciona el escape también partiendo por el avance finalizando por su retraso.

Por ejemplo, si contamos con un árbol de levas 40-80-80-40 (árbol de competición), quiere decir que en ese orden están nombrados AAA-RCA-AAE-RCE, esos espacios que en el ejemplo están sustituidos por números señalan los grados en que una válvula permanece abierta. Por otro lado, los acrónimos escritos quieren decir: AAA: Avance de Apertura de Admisión; RCA: Retraso de Cierre de Admisión; AAE: Avance de Apertura de Escape; RCE: Retraso de Cierre de Escape.

Las permanencias en que las válvulas se encuentran abiertas respetan las siguientes relaciones:

  • Permanencia de admisión = RCA + AAA + 180º.
  • Permanencia de escape = RCE + AAE + 180º.

Por otro lado, el ángulo de cruce, solapamiento u overlap es:

  • Overlap = RCE + AAA

Tomando como referencia un ejemplo, una permanencia normal para motores de calle se encuentran en los órdenes de 260º, mientras un motor potenciado puede estar alrededor de los 280º. Por otro lado, un motor de competición puede lograr los 320º. Ahora ven, ¿por qué el ejemplo que di es un motor de competición?

Conclusiones

Potencia del motor, un tema altamente buscado y preguntado por los amantes del mundo automotor. Nosotros en el mundo del motor, nos dimos a la tarea de escribir sobre tan amplio tema que recalca tanto en los talleres, preguntas clásicas como: ¿Cómo puedo aumentar la potencia de mi auto? O ¿Pueden hacer que mi carro vaya más rápido? Son habituales.

Los principios físicos y termodinámicos fueron tocados sutilmente para que usted pueda saber a groso modo del trasfondo de cada técnica que promete ser la mejor para aumentar la potencia del motor, recuerde, ciertamente usted puede aumentar la potencia de su motor, sin embargo, no se exceda, de una u otra manera traerá problemas, como dice el dicho, todo en exceso es malo.

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Ingeniero de la Universidad Central de Venezuela.

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