RENDIMIENTOS POTENCIA Y SELECCIÓN DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

¿QUÉ ES EL RENDIMIENTO DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA? El rendimiento de un motor es conocido como el trabajo realizado por cada unidad de energía consumida. Si el trabajo realizado por el motor (generación de movimiento) fuese igual a la energía química del combustible utilizado para producirlo, la eficiencia de ese supuesto motor sería de un 100% (eficiencia perfecta).

Obviamente, ningún proceso puede tener una eficiencia superior al 100% porque eso sería tanto como decir que se estaría creando energía nueva. El primer principio de la termodinámica (conservación de la energía) niega esta posibilidad. Por otro lado, cuando el trabajo realizado es menor que la energía consumida, la pérdida o diferencia entre ambos valores se transforma en calor, que podemos considerar como energía inútil y por lo tanto perdida.

LA EFICIENCIA MÁXIMA DE UNA MÁQUINA TÉRMICA: EL CICLO DE CARNOT Existe un límite absoluto para el rendimiento de cualquier máquina térmica, que es el rendimiento de una máquina imaginaria, perfecta y reversible cuyo proceso de funcionamiento se conoce como ciclo de Carnot. Esta eficiencia máxima “perfecta” se encuentra ya bastante por debajo del 100% y es importante destacar que, siendo un máximo físico, absoluto y universal, no es posible superarlo por medios tecnológicos.

EL RENDIMIENTO DE UNA MAQUINA TÉRMICA DE CARNOT sólo depende de la temperaturas máxima y mínima entre las que trabaja por lo que, dadas estas dos temperaturas, su cálculo es trivial. En el caso de motores de combustión que queman hidrocarburos y a partir de los datos propuestos en este ejemplo práctico, podemos considerar una temperatura mínima (que sería la del ambiente) de 17 o C (290 K) y una máxima de o C (1.843 K). Esta combinación de temperaturas nos daría un rendimiento teórico máximo de un 84,3%.

los hidrocarburos arden alrededor de o C y ya parece bastante optimista considerar unos o C como la temperatura media de toda la cámara en el instante final de la combustión. Así pues, la eficiencia perfecta de un 84% puede considerarse un cálculo razonablemente optimista.

Sea cual fuere la temperatura máxima alcanzada en la cámara de combustión en cada motor concreto, vemos que una máquina teórica, reversible e ideal con temperaturas máxima y mínima en el rango de un motor de combustión interna perdería algo así como entre un 15% y un 25% de energía en forma de calor, sí o sí, como consecuencia directa de los principios de la termodinámica.

DIÉSEL VS GASOLINA Los motores de gasolina y diésel son máquinas térmicas y, por tanto, están limitadas por el máximo absoluto de Carnot, pero su funcionamiento es sustancialmente distinto y, por definición, menos eficiente, que el de la máquina reversible y perfecta por muchos motivos. Así pues, sería más exacto hacer un modelo teórico de un motor diésel o gasolina ideales para conocer su eficiencia máxima e insuperable. Este modelo existe y es una especie de adaptación del ciclo reversible de Carnot al ciclo de funcionamiento de estos motores en concreto. No vamos a bucear en sus fórmulas, pero sí vamos a curiosear en sus resultados.

GASOLINA Empezando por un motor de Ciclo Otto (gasolina convencional) y según este cálculo explicado por la Universidad de Sevilla, tomando datos razonables para las variables implicadas, la eficiencia máxima de un motor teórico perfecto de gasolina con relación de compresión 8:1 es de un 56,5%.

DIÉSEL En el caso del ciclo diésel, que difiere ligeramente del gasolina y permite relaciones de compresión mayores, en este cálculo realizado sobre el modelo teórico de este ciclo, se puede ver que su rendimiento perfecto para una relación de compresión de 18:1 sería de un 63,2%.

Estos rendimientos (que son inferiores al máximo absoluto de Carnot) corresponderían a motores ideales, lo que implica cosas como ausencia de rozamientos, pérdidas nulas por bombeo, procesos instantáneos de combustión, apertura y cierre de válvulas en tiempo cero, procesos muy lentos de compresión y expansión y un aislamiento térmico sin pérdidas de energía. Dicho de otro modo, en el mundo real no es posible construir motores que funcionen o se acerquen siquiera a estas condiciones

Como ejemplo notable de la eficiencia máxima alcanzable en el mundo real por un motor diésel, ya expusimos con cierto detalle el caso del motor alternativo más potente del mundo, un diésel naval de CV. Su eficiencia máxima era de un 51,5% girando alrededor de 100 rpm. Puesto que su lentitud lo hace mucho más eficiente que un diésel automovilístico, cabe suponer que ningún diésel montado en un coche a día de hoy se encuentre ahora mismo muy por encima de un 40% de rendimiento en su régimen de trabajo y carga óptimos, si es que lo alcanza, y desde luego no en toda su gama de revoluciones.

En todos los casos, hablamos de que el calor generado por el motor de un coche convencional engulle al menos el 60% de la energía química del combustible en el caso del diésel y al menos un 70% en el caso de un gasolina. Falta descontar todavía la resistencia a la rodadura, la resistencia aerodinámica y todas las pérdidas de transmisión hasta poner el vehículo en movimiento…

DATO CURIOSO El motor eléctrico no es una máquina térmica y su eficiencia real actual supera habitualmente el 90%, no conociendo más límite que el de la conservación de la energía. Los motores térmicos son, por definición, un despilfarro energético de primera magnitud