Rendimiento y Consumo de los motores en la Conducción

Definición de Motor

El motor es un dispositivo mecánico capaz de transformar un tipo de energía (eléctrica, de combustión, etc.) en energía mecánica. Esta transformación permite la realización de un trabajo que hace funcionar un sistema o maquinaria. Los motores suelen fabricarse con piezas de acero o aluminio fundido, ideales para soportar y contrarrestar el calor que generan en el proceso mecánico de transformación de energía.

¿Qué tipos de motores existen?

De acuerdo con el tipo de energía que requieran para cumplir con sus funciones, los motores pueden clasificarse en:

1. Motores eléctricos: son aquellos cuyo trabajo es posible gracias a una corriente eléctrica que se puede almacenar en baterías recargables. También pueden ser de carácter reversible, es decir, convertir la energía mecánica en eléctrica, operando como generadores. Incluso, existen sistemas de tracción que combinan ambas tareas. Los motores eléctricos pueden impulsarse a través de fuentes de corriente continua o directa (CC), es decir, la que proviene de baterías, paneles solares o instalaciones en el interior de artefactos que utilizan este sistema; o a través de fuentes de corriente alterna (CA), es decir, que se toma directamente de la red eléctrica, los alternadores de plantas u otras corrientes bifásicas o trifásicas como los inversores de potencia. Este tipo de motor es más ventajoso en términos de sostenibilidad medioambiental frente a los de combustión porque su emisión de dióxido de carbono es mínima, además de que no emiten calor ni ruido.
2. Motores térmicos: son aquellos que utilizan la energía térmica producto de la combustión de un fluido, ya sea gasoil o gasolina, para transformarla en energía mecánica. El calor necesario para el funcionamiento de la máquina se genera gracias a las reacciones químicas de la combustión. Los motores térmicos se pueden clasificar, a su vez, en:
   • Motores de combustión externa: son aquellos cuyo proceso de combustión ocurre fuera del motor y el calor desprendido se transmite a un fluido intermedio, que es el que genera la energía mecánica. Tal es el caso de la máquina de vapor, cuyo fluido intermedio es el vapor de agua y el lugar donde ocurre la combustión es la caldera, ubicada fuera del motor.
   • Motores de combustión interna: el proceso de combustión ocurre dentro del mismo motor, en una cámara interna en la que se generan los gases que producen el funcionamiento de la máquina. Los más comunes son los motores de gasolina, que se valen de cuatro tiempos (admisión, compresión, combustión y escape) para su funcionamiento, en el que la gasolina se mezcla con el aire antes de ser aspirado por el cilindro para producir la combustión. También están los motores de diésel, que utilizan inyectores de combustión para bañar de combustible el cilindro. Este tipo de motores no tienen bujía, a diferencia de los de gasolina, por lo que necesita una compresión más alta para que se pueda dar la mezcla entre combustible y aire y así pueda encenderse el motor.
3. Motores híbridos: son aquellos que utilizan dos tipos de potencia diferentes: la eléctrica y la térmica, a través de gasolina, que se combinan para poner en marcha un vehículo o máquina. Pueden trabajar en conjunto, por separado o en paralelo, y buscan maximizar el rendimiento de combustibles como la gasolina, al mismo tiempo que se mantiene la batería cargada, de manera que no sea necesario volverla a cargar.
4. Motores de reacción: basados en la tercera de las Leyes de Newton, este tipo de motores consisten en una turbina de gas que se utiliza para descargar chorros de fluidos a gran velocidad y provocar la propulsión de una máquina. Un ejemplo de este tipo de motores son los turborreactores, cohetes y pulsorreactores.

Funcionamiento Motores Térmicos

Un motor de cuatro tiempos es un motor de combustión interna alternativo tanto de ciclo Otto (gasolina) o como de ciclo Diesel, que precisa cuatro carreras del pistón o émbolo (dos vueltas completas, pero del cigüeñal) para completar el ciclo termodinámico de combustión.

Estos cuatro tiempos son: admisión, compresión, combustión o explosión o expansión y escape.

Los motores de Combustión Interna requieren de combustible fósil siendo un contaminante de gases de efecto invernadero.​

Aquí se detallan los diferentes tiempos (actividades realizadas durante el ciclo) y sus características.

1. Primer tiempo o admisión: en esta fase el descenso del pistón aspira la mezcla aire combustible en los motores de encendido provocado (MEP) o el aire en motores de encendido por compresión (MEC). La válvula de escape permanece cerrada, mientras que la de admisión está abierta. En el primer tiempo el cigüeñal gira 180° y el árbol de levas da 90°. La válvula de admisión se encuentra abierta y la carrera que realiza el pistón es descendente.
2. Segundo tiempo o compresión: al llegar al final de la carrera inferior, la válvula de admisión se cierra, comprimiendo el gas contenido en la cámara por el ascenso del pistón. En el segundo tiempo el cigüeñal da 180° y el árbol de levas da 90°, y además ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente.
3. Tercer tiempo o explosión/expansión: al llegar al final de la carrera superior el gas ha alcanzado la presión máxima. En los motores de encendido provocado o de ciclo Otto salta la chispa en la bujía, provocando la inflamación de la mezcla, mientras que en los motores diésel, se inyecta a través del inyector el combustible muy pulverizado, que se autoinflama por la presión y temperatura existentes en el interior del cilindro. En ambos casos, una vez iniciada la combustión, esta progresa rápidamente incrementando la temperatura y la presión en el interior del cilindro y expandiendo los gases que empujan el pistón. Esta es la única fase en la que se obtiene trabajo. En este tiempo el cigüeñal gira 180° mientras que el árbol de levas gira 90° respectivamente, ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente.
4. Cuarto tiempo o escape: en esta fase el pistón empuja, en su movimiento ascendente, los gases de la combustión que salen a través de la válvula de escape que permanece abierta. Al llegar al punto máximo de carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión, reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180° y el árbol de levas gira 90°.

Elementos de un motor Térmico

Sistemas de los motores

¿Qué son?

Todos los mecanismos y elementos del vehículo que hacen que funcione y sea seguro.

Los motores tienen 4 sistemas principales:
■ Sistema de alimentación
■ Sistema eléctrico
■ Sistema de lubricación
■ Sistema de refrigeración

Sistema de alimentación

¿Cuál es su función?
Es el encargado de realizar el suministro de combustible Gasolina/ Diésel al motor para su funcionamiento. Se encarga de dosificar la mezcla y procurar la mayor limpieza del combustible que entra al cilindro.

Qué es y cómo funciona el turbo y como mejora rendimientos y consumos de los motores

El nombre correcto para este artilugio es «turbocompresor» ya que en realidad se trata de un compresor que es accionado por una turbina.

El turbo es una máquina que consta de dos molinillos (turbinas) unidos a un mismo eje. Uno de los lados del eje está en contacto con los gases de escape que, al salir calientes y a cierta presión del motor, hacen girar la turbina. La turbina del compresor del otro lado del eje está en el canal del aire que entra al motor y al girar solidaria con la que está del lado del escape, empuja el aire de admisión generando una presión.

1. El aire de admisión se calienta al pasar por el turbo debido a que el turbo está caliente (el lado que está en contacto con los gases de escape supera los 1.000 ºC) y como además  un gas al comprimirse se calienta.
2. El aire caliente tiene menos densidad de oxígeno y además provocaría autodetonaciones, antes de mezclarlo con el combustible y meterlo en los cilindros se enfría en un radiador que se llama intercooler. que aumenta su densidad.

Pese a tratarse de una máquina que trabaja en condiciones extremas, soportando temperaturas cercanas a la de fusión del hierro y girando a más de 200.000 rpm, los turbos son elementos que pueden aguantar sin problemas más de 250.000 km. Sin embargo, necesitan unos cuidados mínimos para que así sea, aquí os dejamos algunas claves:

• Utiliza aceites de calidad: además de lubricar, el aceite es importante para refrigerar el turbo.
• Respeta el tiempo de calentamiento: si el aceite está frío lubrica peor, espera al menos 20 minutos a que el aceite esté fluyendo por cada milímetro del motor.
• Deja el motor encendido un minuto antes de apagarlo: de esta forma damos tiempo a refrigerar el aceite. Esto es muy importante  tras un uso intensivo, no tanto en uso urbano.

El punto débil de los turbos está en los casquillos de material antifricción sobre los que gira su eje. Además de permitir el giro, debe refrigerar y lubricar el turbo ya que en él hay labrados unos canales por los que se mete aceite a presión de forma que el eje gira literalmente suspendido en una capa de aceite. Si no respetamos los tiempos de enfriamiento y calentamiento los casquillos se desgastan rápidamente y el aceite se fuga de los canales hacia las turbinas.

Sistema de inyección electrónica

El sistema de inyección electrónica es el encargado de suministrar al motor el combustible que necesita el vehículo, con un control muy preciso de la cantidad que entra en la cámara de combustión mejorando el Rendimiento y Consumo de los motores.

Así, se consiguen varias ventajas que son muy relevantes:

• Un menor consumo de combustible, ya que no se desperdicia nada. Esto tiene como consecuencia un ahorro monetario.
• Menos emisiones de gases a la atmósfera, debido al ya mencionado consumo reducido de combustible.
• Mejor adaptabilidad a las diferentes condiciones de trabajo a las que se enfrenta el vehículo.
• Ahorro de elementos mecánicos que gracias a este sistema son innecesarios y que en los vehículos antiguos eran imprescindibles.
• Mayor durabilidad con una menor necesidad de cuidados y mantenimiento.
• Mejor respuesta del vehículo al acelerar.
• Encendido más rápido.

Sistema de Inyección Common Rail

El sistema de inyección common rail para motores diésel se compone de varios módulos y piezas. Una bomba de combustible de baja presión ubicada en el depósito de combustible bombea el diésel a través de un filtro de combustible hacia la bomba de alta presión del motor.

Una electroválvula de dosificación de combustible adapta la cantidad de combustible dirigido hacia la bomba de alta presión según las necesidades.

En este sistema de inyección, la bomba de alta presión generalmente está acoplada al motor. La potencia de la bomba está diseñada de tal manera que en todo momento, independientemente del estado de funcionamiento del motor, haya suficiente combustible a una presión suficientemente alta. La bomba de alta presión genera una presión de hasta 3.000 bares en la rampa de distribución. La presión es la misma en todo el sistema. La presión es controlada por un sensor de presión conectado a la unidad de control del motor. Si es necesario, un limitador de presión descarga la rampa de distribución y devuelve el exceso de combustible al depósito.

Durante la inyección, la rampa de distribución actúa como un acumulador de presión y un depósito de combustible. Esto permite compensar las variaciones de presión en el sistema, que son causadas por la bomba de alta presión. Por lo tanto, los sistemas de inyección common rail también son llamados sistemas de inyección de acumulación.

Los inyectores son controlados por la unidad de control del motor para inyectar el combustible en los cilindros. En el caso de un motor diésel con sistema common rail, la cantidad y el momento de la inyección pueden ser controlados electrónicamente de forma separada para cada cilindro.

La alta presión permite pulverizar el combustible inyectado en partículas muy finas. Esta pulverización fina produce innumerables gotas que cubren una gran superficie, lo que permite una combustión óptima  mejorando el rendimiento y consumo de los motores

¿Cuáles son las ventajas de un diésel common rail?

Un diésel common rail ofrece varias ventajas en comparación con otros sistemas de inyección, como el sistema de inyector unitario o los diésel de precámara más antiguos. Las ventajas de este sistema son las siguientes:

• Reducción del consumo de combustible gracias a una alta eficiencia
• Relativamente ecológico debido a la reducción de emisiones contaminantes
• Funcionamiento silencioso, operación tranquila del motor
• Alto par motor y potencia significativa
• Facilidad de limpieza de los filtros de partículas mediante la postinyección
• Costo reducido del sistema para motores diésel de 6 y 8 cilindros

Por su diseño, la inyección diésel common rail es más ventajosa a partir de un determinado número de cilindros que el sistema de inyección bomba-inyector, por ejemplo. En el caso de la inyección bomba-inyector, cada inyector tiene su propia bomba, controlada por separado por el árbol de levas. En el caso de un sistema de inyección common rail, el hecho de que los inyectores de 4, 6 u 8 cilindros estén conectados a la rampa de distribución no afecta realmente a los costes.

¿Cuáles son las desventajas de un diésel common rail?

Como cualquier sistema, este no solo tiene ventajas, sino también presenta algunas desventajas. Aquí están las principales desventajas:

• Se requiere un combustible de alta calidad
• Los inyectores son vulnerables a las impurezas
• Las reparaciones son complejas y costosas
• Es necesario reemplazar los filtros de combustible con mayor frecuencia

Con un diésel common rail, se nota inmediatamente si el combustible no cumple con los estándares de calidad requeridos por el motor. De hecho, el funcionamiento se vuelve irregular y la potencia disminuye. Sin embargo, una de las principales debilidades es la vulnerabilidad de los inyectores a las impurezas. Por lo tanto, es importante reemplazar regularmente el filtro de combustible de un diésel common rail, de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. Las reparaciones o el reemplazo de inyectores obstruidos pueden ser costosos.

Tipos de sistemas de inyección electrónica

No todos los sistemas de inyección electrónica son iguales. Se diferencian por el número de inyectores que tiene respecto al número de cilindros.

• Monopunto. Hay un solo inyector para todos los cilindros.
• Multipunto. Hay un inyector o más por cilindro, y eso le permite ser más eficiente.

También pueden ser de inyección directa o indirecta.

• Inyección directa. La inyección tiene lugar en la cámara de combustión.
• Inyección indirecta. La inyección se produce en una cámara independiente y diferente a la de combustión, denominada cámara de admisión.

Explicándolo de forma resumida, el sistema de inyección electrónica dispone de una centralita a la que llega información relevante desde una serie de sensores distribuidos en distintos puntos del motor. Así comunica cuestiones tan importantes como la temperatura del motor o las revoluciones a las que gira.

¿Qué hace la centralita para mejorar el rendimiento y consumo de los motores tras recibir esa información?

Según lo que detecten, la centralita toma una u otra decisión y acciona distintos elementos para que el funcionamiento sea el adecuado:

• Sensor del caudal de aire o sensor MAF, Mass Air Flow. Mide la cantidad de aire aspirado por el motor en cada momento.
• Sensor de temperatura del aire de admisión. Mide la temperatura del aire.
• Sensor de revoluciones del árbol de levas. Informa sobre la velocidad y revoluciones a las que el árbol de levas gira.
• Sensor de picado o detonación. Detecta vibraciones por esta causa.
• Sensor de revoluciones del cigüeñal. Detecta la velocidad a la que gira el cigüeñal.
• Sensor de temperatura del líquido refrigerante. Mide la temperatura del líquido refrigerante del motor.
• Sondas Lambda de control de gases de escape. Hay dos. Miden la cantidad de oxígeno de los gases de escape.
• Sensor de posición del pedal acelerador. Comprueba cuánto presiona el conductor el acelerador.

Gracias a las inyecciones electrónicas existen condiciones de utilización de los motores en las que el consumo de carburante es cero.

Cuando el sucede que el consumo es cero: Cuando el motor se encuentra girando sin pisar el acelerador, con la relación de marchas en la que se circula engranada (retención), estando o no accionado el retardador, la Central Electrónica corta la inyección  al detecta que no hay demanda de combustible por parte del conductor, y no se inyecta combustible en los cilindros, es decir, no se consume carburante.
Cuando al reducirse la velocidad del vehículo el régimen del motor se acerca el de ralentí, esta condición desaparece, volviendo a inyectarse una pequeña cantidad de combustible para asegurar que el motor no se pare.

Sistema de lubricación

¿Cuál es su función?

Repartir el aceite a todas las parte del motor del vehículo para crear una capa que cubra las piezas del motor para protegerlas y evitar que se rocen unas con otras.

El aceite sirve para reducir al mínimo el rozamiento de unas piezas con otras del motor para evitar una elevación de la temperatura y un desgaste prematuro de estas piezas. El aceite forma una fina película que evita que las piezas rocen entre ellas. Por esto, es muy importante que el motor este perfectamente lubricado.

Para ello tendremos que hacer las siguientes revisiones:

• Cambiar el filtro de aceite siguiendo las instrucciones del manual de mantenimiento de nuestro vehículo.
• Comprobar el nivel de aceite mediante la varilla situada en el motor cada 1000km. Esta medición debe hacerse en frío y con el motor en posición horizontal.
• Si nos llega a salir un humo blanco azulado a través del tubo de escape quiere decir que el vehículo lleva demasiado aceite.

Los aceites que se usan para los vehículos son sustancias especiales que evitan que las piezas del vehículo se desgasten más.
Los instrumentos que controlan el aceite en el sistema de lubricación son:
■ Varilla indicadora.
■ Manómetro o testigo luminoso. Controla la presión del aceite en el motor.

El aceite debe tener la presión adecuada para repartirse bien por todo el motor y cubrir todas sus piezas.

Cuando el testigo luminoso se enciende quiere decir que hay poco aceite o que no tiene la presión que necesita. En ese caso debes parar el vehículo y no continuar hasta conocer cuál es el problema y arreglarlo.

Clases de aceites

Tipos de Aceite dependiendo de dónde proceden

¿Por qué se usan más los aceites sintéticos?

Porque tienen las siguientes ventajas:
■ Resisten mejor el frio y el calor.
■ Permiten que el vehículo arranque mejor cuando hace mucho frio.
■ Protegen mejor al motor porque son más espesos y menos líquidos que los aceites minerales.
■ Se necesita menos cantidad de aceite.
■ Dura más tiempo. Por lo tanto, hay que cambiar menos veces el aceite del vehículo.

Dependiendo de su espesor o viscosidad

El aceite es más liquido cuando se calienta y más espeso o viscoso cuando está frío. Por eso, es mejor usar un aceite más líquido cuando la temperatura es baja. Así circulará mejor por el motor al arrancar el vehículo, aunque haga mucho frío. En cambio, cuando el motor está caliente es mejor usar un aceite más espeso. Si queda demasiado líquido no cubrirá bien las piezas del motor.
Para evitar estos problemas hay unos aceites que se adaptan bien al frío y al calor.

La viscosidad del aceite indica la capacidad que tiene este lubricante para fluir en función de la temperatura.

Debemos elegir un aceite que tenga la viscosidad correcta. Si ésta es demasiado baja acelerará el desgaste de las piezas por falta de colchón hidráulico; y si es demasiado alta hará que el consumo de energía sea mayor, y también provocará desgaste porque el aceite no estará fluyendo con soltura por todas las cavidades.

Aquí es donde entra en juego el índice de viscosidad del aceite, una forma de medir este concepto. Te lo contamos.

¿Qué es el índice de viscosidad del aceite?

El índice de viscosidad del aceite es un baremo que mide la relación que existe entre la temperatura y la viscosidad del aceite.

La clasificación internacional SAE (Sociedad Americana de Ingenieros del Automóvil) cataloga todos los tipos de aceite en función de su índice de viscosidad. Para ello se mide por un lado su viscosidad en frío (a temperaturas bajo cero), y por otro en caliente (a 100ºC).

Según la clasificación SAE existen once tipos de aceites: seis de invierno (SAE 0W, SAE 5W, SAE 10W, SAE 15W, SAE 20W, SAE 25W) y cinco de verano (SAE 20, SAE 30, SAE 40, SAE 50, SAE 60).

Aceites multigrado

Son aceites con una viscosidad polivalente, ya que aseguran un buen comportamiento a bajas temperaturas, pero cuando éstas ascienden pasan a comportarse como un aceite de verano, por lo que no hace falta cambiarlos. Además, son más rápidos para arrancar en frío.

Se denominan con las siglas SAE, un número seguido de la letra W, y otro número.

Sistema de refrigeración

¿Cuál es su función?

En el interior del motor se pueden alcanzar temperaturas de 2000 grados, temperatura que puede producir la fusión de las piezas del motor. Conseguir que el motor se mantenga a buena temperatura para seguir funcionando y evitar que sus piezas se desgasten y se rompan por exceso de calor. Sin este sistema, el motor se calentaría muy rápido al funcionar y se estropearía.

Un líquido llamado líquido refrigerante pasa por las piezas del motor y absorbe el calor para que se mantenga fresco. Después este líquido va a una pieza llamada radiador. Allí se enfría de nuevo y vuelve al motor impulsado por una bomba de agua.

El motor: variables relevantes en el consumo

El motor de combustión interna de un automóvil, sea de gasolina o de gasóleo (diesel), consume carburante enviado desde el depósito por una bomba. En los motores modernos, la regulación del caudal lo hace el control electrónico, tomando como dato la posición del pedal del acelerador y otros datos de funcionamiento como revoluciones, temperatura del agua, etc.

Cuándo, con una marcha engranada no se pisa el pedal del acelerador, y el vehículo circula a un régimen de revoluciones superior al de ralentí, el consumo de carburante es nulo!.

Es importante entender que el caudal de combustible, es decir, el volumen que se introduce en cada instante, depende de cuánta potencia se demande del motor.

Con el motor ya caliente, la potencia a su vez depende, en cada momento, de dos cosas:

• La posición del pedal del acelerador
• El régimen de revoluciones del motor.

Éstas son las condiciones impuestas por el conductor, que ajusta la posición del pedal del acelerador y selecciona la marcha de la caja de cambios según sus intenciones.

De su estilo de utilización del vehículo depende, pues, el “consumo real”, en litros de combustible por cada 100 km.

Así, para entregar una cierta potencia y rodar en una determinada velocidad, existen dos o tres posibles combinaciones de caja de cambios y posición de pedal.

Por ejemplo, la selección de una marcha más larga hace que para la misma velocidad, el motor funcione a menos revoluciones y consuma menos, como se ve en la figura siguiente.

A partir de las 1.000 o 1.500 rpm, para una potencia dada, el consumo en litros/100 km aumenta al aumentar las revoluciones.

Pero también es evidente que a menor potencia demandada normalmente menor consumo de carburante en litros/100 km. Se demanda menos potencia del coche cuando se utiliza menos aceleración (menos “reprise”), se está en pendiente descendiente, o en carretera cuando se circula a menor velocidad.

Cuando un motor está en ralentí (vehículo a muy baja velocidad o parado), consume poco carburante, sólo el necesario para generar la potencia imprescindible para hacer girar el motor a bajas revoluciones venciendo sus propios rozamientos internos.

Sin embargo, como el coche no se mueve pero sí consume combustible, el consumo medio en litros/100 km aumenta.

Por ello, estos periodos de ralentí con coche parado son una importante causa de que este consumo medio en un uso urbano se eleve tanto respecto a un uso en carretera.

• En este caso no puede utilizarse el concepto de litros/100km pues no se recorre ningún kilómetro.
• El consumo a ralentí se expresa en litros/hora, con un caudal normal entre 0,4 y 0,7 litros/hora según la cilindrada y el tipo de motor, que se encuentra en un régimen de revoluciones cercano a las 900 rpm.

El carburante

El carburante se introduce al motor, y en su interior realiza una reacción química de combustión. En los motores modernos, esta combustión es prácticamente completa, y se genera CO2 y vapor de agua que salen por el tubo de escape. Pequeñas cantidades de otros productos forman las emisiones contaminantes.

El catalizador del tubo de escape tiene como objeto hacer que esas cantidades sean aún menores antes de llegar los gases a la atmósfera. Sin embargo, son cantidades suficientes para causar importantes problemas de contaminación.

Cada volumen de carburante consumido genera una cierta cantidad de energía en el motor (es el llamado poder calorífico del carburante), pero las leyes de la física hacen que solo un escaso porcentaje de esta energía llegue en forma de trabajo o potencia al eje de las ruedas para propulsar al vehículo.

Es importante mencionar que el gasóleo tiene aproximadamente un 13 % más de poder calorífico que la gasolina, siendo esta una de las causas del menor consumo de los motores diésel (para la misma energía producida necesitan menos carburante).

La Cadena Cinemática

La transmisión de la energía producida en el motor hasta la rueda, que es la que propulsa el vehículo, se hace a través de la caja de cambios y el diferencial.

La caja de cambios trasmite la potencia del motor hacia el diferencial y de este a la rueda. Estos dos elementos se componen de engranajes bañados en aceite y por tanto consumen por rozamiento una pequeña parte de la energía que transmiten.

La caja de cambios es el elemento encargado de obtener en las ruedas el par motor suficiente para poner en movimiento el vehículo .

Mediante la caja de cambios, se selecciona cómo aplicar esa potencia hacia la rueda, es decir qué combinación de par (fuerza en el eje) y velocidad de giro se quiere trasmitir a la rueda.

El embrague tiene por objeto desconectar el motor de la caja de cambios, y por consiguiente, de la rueda. En la posición de “punto muerto” la caja de cambios no transmite la potencia del motor a la rueda.

La caja de cambios permite al conductor decidir algo muy importante: qué revoluciones tiene el motor para la velocidad que el vehículo lleva en ese instante.

La caja de cambios trabaja de forma que transmite la potencia desde el motor hacia el diferencial y las ruedas, pero cambia el número de revoluciones entre la entrada (motor) y la salida (eje de la rueda). Es decir, para que un coche avance a 50 km/h en primera, las revoluciones del motor serán altas, pero para hacerlo en tercera, las revoluciones del motor serán bajas. La caja de cambios, por tanto, permite que un motor pueda transmitir la máxima potencia a las ruedas a diferentes velocidades y con ello obtener fuertes aceleraciones utilizando marchas cortas. Permite también que el vehículo pueda circular a bajas revoluciones de motor, con el consiguiente menor consumo, cuando no se demande alta potencia.

Eficiencia energética en el Rendimiento y Consumo de los motores

El carburante (gasolina o gasóleo) libera energía térmica a través de la combustión dentro de los cilindros del motor. Esta energía se transforma en trabajo mecánico proporcionando el movimiento a las ruedas del vehículo. En el mejor de los casos, de la energía que libera el carburante sólo se podría aprovechar el 38%, pero este porcentaje es bastante menor sobre todo cuando se circula por ciudades con frecuentes arranques y paradas. Saber sacar el mejor partido al carburante consumido es uno de los objetivos de la “conducción eficiente”.

La imagen siguiente ilustra el camino seguido por la energía a través de un típico automóvil con motor a gasolina que transita en ciudad.

De la energía contenida en un litro de gasolina, el 62% se pierde por fricción y calor en el motor. En conducción urbana se pierde un 17% por marcha en vacío o ralentí a causa del tiempo que se pierde en las paradas. Por tanto, en este ejemplo sólo alrededor de un 21% de la energía en la gasolina llega al embrague.

Las pérdidas en la transmisión son de otro 6%, dejando sólo un 15% para mover el vehículo.

Las resistencias al avance del coche

La potencia suministrada a la rueda del coche es, en cada instante, la necesaria para vencer sus resistencias al avance. La potencia resulta de multiplicar la fuerza total de resistencia por la velocidad del coche.

La fuerza total de resistencia al avance del coche es la suma de cuatro resistencias:

• Resistencia de rodadura: es debida a la ligera deformación del neumático. Depende del peso del coche, del tipo de neumático, del tipo de pavimento y, sobre todo, de su presión de inflado.
• Resistencia por pendiente: depende del peso del coche y de la pendiente. Es positiva si la pendiente es ascendiente, pero si la pendiente es descendente esta fuerza se hace negativa y es realmente impulsora en lugar de resistente.
• Resistencia por aceleración: según la ley de Newton, es el producto de la masa del coche por la aceleración (incremento de velocidad por unidad de tiempo). Cuando un coche está decelerando esta fuerza se hace negativa y se convierte en impulsora en lugar de resistente.
• Resistencia aerodinámica: depende de las dimensiones del coche, de su forma (coeficiente Cx de resistencia aerodinámica), de la temperatura y presión del aire y de la velocidad del coche respecto al aire que le rodea, elevada al cuadrado.

Como se puede ver, las tres primeras resistencias dependen del peso del vehículo, mientras que la resistencia aerodinámica depende de la velocidad al cuadrado. Así:

• A bajas velocidades, la principal causa de fuerza resistente y en definitiva de consumo es el peso del vehículo.

• A altas velocidades, la fuerza más importante en valor es la resistencia aerodinámica.

Características generales del vehículo en el rendimiento y consumo

En la actualidad, los automóviles consumen cerca de un 25% menos que hace 20 años, llegando algunos modelos a necesitar menos de cinco litros cada 100 kilómetros.

La tecnología del automóvil está evolucionando hacia un menor consumo de combustible y mayores rendimientos. Sin embargo, la utilización “errónea” de un coche puede anular totalmente la eficiencia lograda con las mejoras tecnológicas.

En los automóviles existen además diversos sistemas que pueden hacer consumir más o menos energía, por ejemplo:

• Los cambios automáticos convencionales ahorran esfuerzos al conductor pero a la vez consumen más que los cambios manuales.
• Sin embargo, los cambios automáticos de nueva generación inteligentes y los de tipo CVT (relación variable) pueden llegar a consumir menos carburante.
• La utilización de turbocompresores aumenta la potencia y el rendimiento de los motores, aprovechando la energía de los gases de escape.
• La utilización óptima en los coches modernos del control electrónico del motor (gestión de la inyección y el encendido de acuerdo con los requerimientos de la marcha:
  • posición del acelerador
  • Régimen de giro
  • Temperatura del motor
  • Condiciones ambientales, etc., así como los parámetros de funcionamiento en algunos casos)

Permiten no solo reducir el consumo de carburante, sino también reducir las emisiones contaminantes a los valores marcados por la legislación.

Una vez que se ha elegido el modelo de vehículo, el compromiso con el consumo y el medio ambiente comienza con la mentalización de que al conducir se puede favorecer:

• Una reducción del gasto de carburante.
• Una reducción de la contaminación ambiental.
• Una considerable mejora del confort y de la seguridad.
• Aire acondicionado

El aire acondicionado o el climatizador  con respecto al Rendimiento y Consumo

Es uno de los equipos accesorios con mayor incidencia en el consumo global de carburante. Para mantener una sensación de bienestar en el coche, se recomienda una temperatura interior del habitáculo de 23- 24ºC. A no ser que las condiciones del servicio requieran temperaturas más bajas, se aconseja utilizar el aire acondicionado solamente cuando se supere esta temperatura media. En general, temperaturas inferiores no suelen aportar mayor confort a los pasajeros.

Ventanillas

Al conducir con las ventanillas bajadas se está modificando el coeficiente aerodinámico del vehículo, provocando una mayor oposición al movimiento del vehículo y por lo tanto mayor esfuerzo del motor.

Para ventilar el habitáculo lo más recomendable es utilizar de manera adecuada los dispositivos de aireación y circulación forzada del vehículo.

El Mantenimiento preventivo mejora el Rendimiento y Consumo de los motores

El mantenimiento del vehículo puede tener una influencia importante sobre el consumo de carburante. Los automóviles actuales cada vez necesitan menos mantenimiento, tanto por parte del conductor como por parte de personal experto, si bien las necesarias son esenciales para que el consumo y las emisiones sean las especificadas por el fabricante.

Los principales factores que influyen sobre el consumo de carburante y las emisiones contaminantes son:

Diagnosis del motor: La diagnosis computerizada de la centralita de control electrónico debe realizarse cada cierto tiempo para detectar averías ocultas que producen aumentos de carburante y emisiones contaminantes.

Control de niveles y filtros: los niveles y filtros son muy importantes para mantener un motor en condiciones óptimas, y como consecuencia para el ahorro de carburante y la reducción de emisiones.

Presión de los neumáticos: La principal tarea de los neumáticos de un automóvil es la de otorgarle la tracción y adherencia fundamentales para el avance, el frenado y la estabilidad en las curvas. La falta de presión en los neumáticos provoca que el vehículo ofrezca mayor resistencia a la rodadura y que el motor tenga que desarrollar mayor potencia para poner y mantener en movimiento al vehículo. La falta de presión en los neumáticos aumenta el consumo de combustible y es además una causa importante de accidentes en las carreteras.

Mantener el filtro de aire en buen estado te permitirá mantener un buen rendimiento de combustible.

Carga del vehículo

La resistencia a la rodadura viene determinada por el peso del vehículo y la presión de los neumáticos. El peso del propio vehículo y sus ocupantes influye sobre el consumo de manera apreciable, sobre todo en los arranques y periodos de aceleración. Además de someter a un esfuerzo importante al motor, a las suspensiones y a los frenos, afecta a la seguridad y aumenta los gastos por mantenimiento y reparación.

Una mala distribución de la carga puede ofrecer mayor resistencia al aire y mayor inestabilidad provocada por la disminución de adherencia del eje delantero.

Carga distribuida en ejes delantero y trasero, reduciendo la resistencia aerodinámica.

Accesorios exteriores

Transportar equipaje en la baca aumenta la resistencia al aire del vehículo, y por consiguiente incrementa el consumo de carburante.

Sólo cuando no existe otra solución se puede recurrir a transportar objetos en el exterior del vehículo, colocándolos de manera que afecten en la menor medida al perfil del vehículo.

Realización del arranque del motor

Para realizar el arranque de una forma correcta desde los puntos de vista tanto mecánico como de consumo, es conveniente arrancar el motor sin acelerar. Se gira la llave de contacto e inmediatamente la regulación del motor ajusta las condiciones necesarias para un arranque efectivo. En un automóvil moderno se realizan de forma automática todos los preparativos necesarios para el arranque del coche. Por tanto, la costumbre de acelerar cuando se arranca el motor sólo sirve para desajustar la regulación electrónica y restar rendimiento a la operación del arranque.

Una vez arrancado el motor se procederá a iniciar la marcha de la siguiente forma:

• En los coches propulsados por gasolina se ha de iniciar la marcha inmediatamente después de arrancar el motor. El esperar parado con el motor en marcha no aporta ninguna ventaja, ya que ralentiza el calentamiento del motor.
• En los coches diesel conviene esperar unos segundos una vez que se ha arrancado el motor antes de comenzar la marcha. Con ello se logra que llegue el aceite en condiciones adecuadas a la zona de lubricación.
• Si el coche está fabricado antes de 1993, entonces es muy probable que disponga de estárter manual. La forma correcta de utilizarlo consiste en que a la hora de quitarlo, hacerlo poco a poco manteniendo el ralentí en torno a 900 rpm. La errónea costumbre de suprimirlo totalmente instantes después de arrancar fuerza el motor a un ralentí bajo e inestable con frecuentes calados.

Conceptos de Potencia y Par Motor

El funcionamiento de un motor tiene como objetivo fundamental, la extracción de la energía almacenada en el carburante en forma química, y su transformación en energía mecánica, para la realización de un trabajo.
El carburante se transforma en potencia precisamente quemándose de manera controlada en el interior de los cilindros del motor.

Para su combustión necesita del aire, tomado de la atmósfera y comprimido por el turbo. En el proceso se eleva la temperatura de la cámara de combustión, haciendo que los gases en su interior se inflamen y tiendan a expandirse, empujando al pistón hacia abajo por el interior del cilindro y transmitiendo la fuerza a las bielas y desde éstas al cigüeñal. Esta energía mecánica se aprovecha después para mover el vehículo.
Para realizar una conducción eficiente, es necesario el conocimiento de las prestaciones que se le solicitan al motor en cada momento, por lo que conviene entender los términos de par y de potencia, cómo se actúa sobre ellos y su relación con el consumo.

Las dos características que mejor describen las prestaciones de un motor de combustión interna de un vehículo son sus curvas de potencia máxima y de par motor máximo.

Concepto de Par o Torque

El concepto de par, se puede entender como una fuerza de rotación aplicada al final de un eje giratorio.

Por ejemplo, la fuerza que se hace para girar un destornillador a la hora de enroscar un tornillo es un par. Cuanto más par se desarrolle, más se podrá apretar el tornillo.

En un vehículo hay que distinguir dos pares fundamentales:

• El Par Motor. Es el par desarrollado por el motor en cada instante y medido en el final del cigüeñal, volante de inercia o primario del embrague. Se produce debido a la combustión del carburante en los cilindros, por lo que, en general, cuanto más se apriete el acelerador mayor será el par obtenido.
• El Par en Rueda. Es el par que se aplica en la rueda, proporcionando la fuerza de tracción que será la que realmente mueva el vehículo. Es diferente al par motor, puesto que la caja de cambios se encarga de multiplicarlo, ya que, como se verá después, al reducir la velocidad de giro en la caja se multiplica el par.

El Par Motor Máximo, que es el dato habitualmente proporcionado por los fabricantes, es la máxima fuerza de giro que puede proporcionar el motor. Se da solamente en unas condiciones determinadas:

1. Plena carga: acelerador pisado al 100%.
2. Régimen de revoluciones de motor intermedio, que es aquel en el que se consigue la optimización de diversos factores, entre ellos el rendimiento del turbo y la combustión.

A cargas parciales, es decir, sin el acelerador a fondo, no se puede obtener el par máximo del motor.

Concepto de Potencia

La potencia es la “cantidad de trabajo que puede desarrollar un motor en un tiempo determinado”. Cuanta más potencia tenga un motor, más trabajo podrá realizar en el mismo tiempo.

Con un motor más potente, un camión puede:

• Acelerar un vehículo más deprisa.
• Subir una pendiente a más velocidad.
• Remolcar cargas más pesadas.

Como se puede ver en la figura, el motor proporciona en cada momento un par y un régimen de giro.

El valor de la potencia en cada instante se obtiene al multiplicar el par por el régimen de giro:

Potencia (CV) =  Par motor (Nm) x Régimen (r/min)
                                                                7024

Por ello, en un motor aumenta la potencia, bien por que se aumente el par apretando el acelerador, o bien porque se aumente el régimen de giro.

La potencia máxima suele darse a altos regímenes (revoluciones) del motor y el par máximo a regímenes medios o bajos.

En un motor que funciona a potencia máxima (régimen de motor elevado y acelerador a fondo), el consumo es muy elevado. En circunstancias normales de circulación, no es necesario el desarrollo de potencias tan elevadas, las cuales dan lugar a mayores consumos de carburante.

Curvas características del motor y curvas de equiconsumo

Un motor de automoción normalmente trabaja en condiciones distintas a las de plena carga (acelerador a fondo). Para conocer cuáles son las prestaciones del motor en cualquier condición de régimen de giro y posición del acelerador, se utilizan las curvas características.
Estas curvas permiten entender las posibilidades de utilización del motor de un vehículo y estudiándolas con detalle se obtienen las características principales que definen el comportamiento de cada motor.

Curvas de Par y de Potencia

• Curva de par a plena carga: es la habitualmente proporcionada por el fabricante, y muestra el par máximo proporcionado por el motor a cada régimen de giro cuando la carga es máxima, es decir, el acelerador está pisado a fondo.
• Curva de par a carga parcial: muestra el par proporcionado por el motor a diferentes posiciones del pedal acelerador, por ejemplo al 25%, 50% ó 75% de su recorrido.
• Curva de potencia a plena carga: es también la que habitualmente proporciona el fabricante, y muestra el valor de la potencia que entrega el motor a cada régimen de giro cuando la carga es máxima, es decir, el acelerador pisado a fondo.
• Curva de potencia a carga parcial: muestra la potencia proporcionada por el motor en función de las revoluciones del mismo, es decir a posiciones del pedal acelerador de, por ejemplo, el 25%, 50% ó 75% de su recorrido.

Los valores límites de revoluciones que definen estos rangos, varían de un vehículo a otro y son normalmente facilitados por el fabricante en la documentación técnica del vehículo, y en caso de no disponerse de los mismos, se recomienda solicitarlos al fabricante.

Intervalo Optimo de funcionamiento que mejora el Rendimiento y Consumo de los motores

El intervalo de revoluciones de par máximo va a ser la referencia para la realización de los cambios de marcha y de la circulación del vehículo de una forma eficiente.

Mientras que el de potencia máxima será utilizado para las situaciones más exigentes de utilización del motor, dando lugar a mayores consumos de carburante.

Curvas de Equiconsumo

Estas curvas se suelen dibujar sobre las de par (o de potencia) del motor y representan líneas de nivel de consumo específico constante. Es decir, las condiciones del motor en cada curva son tales que la cantidad de gramos de combustible necesarios para producir una determinada cantidad de energía es constante, o lo que es lo mismo, en las que el rendimiento del
motor es constante.

El Consumo específico indica la eficiencia que tiene un motor para transformar carburante en energía mecánica.

Existe una zona, denominada “Polo o Zona de mínimo consumo”, que proporciona el menor valor de consumo específico (en g/CVh o en litro/CVh), es decir el mejor rendimiento del motor.

La zona de consumo específicos mínimos está situada normalmente en regímenes ligeramente inferiores al de par máximo o en la zona más baja del mismo, y con acelerador bastante apretado, aunque no a fondo (en torno a las 3/4 partes de su recorrido). El régimen de consumo mínimo baja cuando el acelerador está menos apretado.

Por lo tanto, mantener el motor en condiciones de trabajo cercanas a las de menor consumo específico proporciona menores consumos para una misma cantidad de energía producida. En estas condiciones el motor aprovechará mejor el carburante por lo que el vehículo consumirá menos haciendo el mismo trabajo, o lo que es lo mismo, realizando el mismo trayecto.

Las “curvas equiconsumo” dan información sobre las zonas de mínimos consumos por unidad de potencia entregada. Si sobre dichas curvas se superponen las de respuesta del motor a varias posiciones del pedal acelerador, se puede ver que a potencia constante, existe una zona de régimen de giro donde el consumo específico es mínimo, y por tanto, si se circula en estas condiciones, lo será también el consumo medido en l/100 km.

Esta zona se corresponderá con la parte inferior de la zona verde del cuentarrevoluciones. Será la zona dónde se alcanza un mejor equilibrio entre la cantidad de aire que hay en el cilindro, la cantidad de carburante que se inyecta y el tiempo necesario para quemarlo, por tanto, se consigue un mayor aprovechamiento del carburante optimizando el Rendimiento y Consumo de los motores.

Un motor consumirá menos caudal de combustible cuanto más baja sea la potencia que se le demande. Un vehículo necesita más potencia para ir a mayor velocidad, pues aumentan las resistencias aerodinámica y de rodadura. En la situación de circulación a una determinada velocidad, se necesita una cantidad fija de potencia entregada por el motor.

La potencia necesaria para circular se puede obtener de distintas formas:

• A altas revoluciones: circulando en relaciones de marcha que no son las más largas y con el pedal acelerador poco pisado.
• A más bajas revoluciones: circulando en marchas más largas y con el acelerador pisado en mayor medida, concretamente en torno a las 3/4 partes de su recorrido. el motor trabajará en la zona de mínimos consumos específicos, consumiendo considerablemente menos que en el primer caso.

Cambios de marcha

Los cambios de marcha se llevarán a cabo en función de:

1. Las condiciones de carga del vehículo.
2. La circulación.
3. la pendiente de la vía.
4. Del propio motor del vehículo.(Cilindrada y Potencia del mismo).

En condiciones favorables, la consigna a seguir para los cambios de marcha, es la de realizarlos de tal forma que tras la realización del cambio, las revoluciones que indica el cuentarrevoluciones sean las correspondientes al inicio de la zona verde.