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LA DIFERENCIA ENTRE UN MOTOR DE 2 Y DE 4 TIEMPOS PARA EL KART
TKART Staff
16 Marzo 2018
Dos motores. Dos métodos de funcionamiento. Dos filosofías. En el karting, el “reino” de los 2 tiempos, el debate vuelve a surgir de vez en cuando: ¿cuáles son las ventajas de este tipo de motor? ¿Cuáles son las razones de esta elección? ¿Por qué los 4T no han tenido suerte en el sector? Intentemos responder a todas estas preguntas, empezando por el análisis de las características mecánicas y sus prestaciones, para hallar posibles escenarios futuros
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¿QUÉ ES?
¿COMO FUNCIONA?
EN LA PRÁCTICA
El motor de explosión apareció hace unos 160 años. La primera patente fue la de dos físicos italianos: Eugenio Barsanti y Felice Matteucci, quienes, utilizando un cilindro de arrabio equipado con émbolos y válvulas, intuyeron que los gas producidos por la combustión generaban un vacío que hacía volver el pistón a su sitio. Era el año 1853.
Fue, sin embargo, el alemán Nikolaus Otto, una década más tarde, el primero en realizar un motor funcionante verdaderamente fiable, sentando las bases de su desarrollo industrial. No en vano, todavía hoy, el “ciclo Otto” define el funcionamiento básico de los motores de explosión de combustión interna. Tuvo un éxito inmediato y, siguiendo un camino que ya estaba abierto, no hizo falta que pasara mucho tiempo para que apareciera el motor de 2 tiempos. El invento, esta vez, se debió a un
inglés: el ingeniero químico Dugald Clerk. Era el año 1879 (aunque la patente llegó sólo en 1881). Entonces, como hoy, la principal diferencia entre los dos motores tradicionales de pistones (llamados de ciclo alternativo con sistema biela-manivela) es que el motor de 2 tiempos ejecuta todas las fases del ciclo en un giro del cigüeñal, mientras que el motor de 4 tiempos necesita dos giros. Cada “tiempo” se considera como una carrera del pistón, es decir, medio giro del cigüeñal. La única fase útil de un motor es la de la expansión de los gases de combustión, o sea, lo que genera potencia. Teniendo en cuenta la frecuencia cíclica, que en el 2T es el doble respecto a la de un motor 4T, teóricamente se podría pensar que, con igual cilindrada, el primero genere siempre el doble de potencia que el segundo. Veremos a continuación que no siempre es así, a causa de algunas limitaciones de cada uno de los rendimientos.
Los motores más eficientes son los de los grandes buques: enormes propulsores diésel 2T (pistones con un calibre de más de un metro), normalmente sin cárter superior, que es sustituido por un compresor externo. Su rendimiento total se sitúa alrededor del 50 %
Un ejemplo de los enormes motores utilizados en los buques
¿QUÉ ES?
¿COMO FUNCIONA?
EN LA PRÁCTICA
COMPARACIÓN DE LAS FASES
El ciclo completo del motor 2 tiempos tiene lugar en un único giro del cigüeñal. En el “1° tiempo”, el pistón sube hacia el PMS (punto muerto superior), la mezcla entra por el cárter hacia el cilindro y, seguidamente, se produce la compresión. Mientras tanto, se aspira hacia el interior del cárter una mezcla de aire y gasolina-aceite procedente del exteriorLee mas
“2° tiempo”: en el PMS se produce la explosión. El pistón desciende empujado por la expansión de la combustión de los gases y tiene lugar la fase de escape. Mediante la lumbrera lateral, la presión en el cárter empuja nueva mezcla dentro del cilindroLee mas
Las cuatro fases del ciclo del motor 4 tiempos (admisión, compresión, explosión y escape) tienen lugar en dos giros del cigüeñal, a los que corresponden 4 carreras del pistón. Por carrera, se entiende el desplazamiento del pistón de un “punto muerto” (es decir, el punto en le cual el pistón no va más allá e invierte su movimiento) al otro.Lee mas
COMPARACIÓN DE LOS COMPONENTES
La BIELA de un motor 4T es más robusta, porque la presencia de un ciclo en vacío, en el funcionamiento del motor, la somete a mayores inercias. En general, la biela del 4T es de dos piezas y gira sobre un cojinete con aceite. La biela del 2T es más fina, de una sola pieza, y gira en una jaula de rodillosLee mas
En general, el PISTÓN del motor 2T es más sencillo y ligero. La diferencia principal es la camisa, que en el 2T es más alta porque ha de regular la apertura y el cierre de los transvases. El pistón de 4T tiene más capas (normalmente dos, más el rascador de aceite). La cabeza del pistón en el 2T presenta una leve cúpula y casi se acopla con la banda de squish; en el 4T es más “tosca”, porque debe permitir la apertura y el cierre de las válvulasLee mas
La CULATA del 2T es muy sencilla y dispone de la cámara de combustión más eficiente en absoluto.
La complejidad del 4T, en este caso, no tiene igual, con una culata que requiere muchos procesos de elaboración y una forma “tosca”, que tiene que vérselas después con los alojamientos de las válvulasLee mas
También en lo que se refiere al CIGÜEÑAL, los dos tipos son de una complejidad totalmente diferente: en el 2T es sencillo y de forma redonda. En el 4T, lleva unos contrapesos y al diseñarla hay que tener en cuenta el equilibrado de las masas en alternancia.Lee mas
FÓRMULAS
W = trabajo; t = tiempo
-El par motor es igual a la fuerza de empuje que la biela ejerce sobre el cigüeñal multiplicada por el valor del radio de la manivela.
-La potencia es igual a la Fuerza multiplicada por el valor de la Velocidad.
-El trabajo es igual a la fuerza por el desplazamiento. Es decir, cuanto trabajo desarrolla en una unidad de tiempo.Lee mas
T = par (torque movimiento de torsión) en Kg.m
P = potencia en CV
N = revoluciones por minuto (rpm)
Relación entre par motor, potencia y revolucionesLee mas
Con esta fórmula, la unidad de medida de la potencia está en vatios w; el par se expresa en Nm.
Se recuerda que:
1 Kg = aprox.10N.
1 CV (caballo de vapor) es = 0,735Kw.
1 Kw = 1,36 CV.Lee mas
Un parámetro muy importante, que describe el nivel tan elevado de preparación que alcanza un motor, es la “presión media efectiva”: pme.
Se tiene la máxima pme con el máximo régimen de par motor; sin embargo, la pme se mide también con el valor del par motor en un régimen de potencia máxima.
Si conocemos el par motor, es posible deducir el trabajo y, dividiéndolo por la cilindrada, se obtiene el valor de la pme.Lee mas
En un motor de 2 tiempos, la admisión se puede gestionar de varias maneras: a través un colector y un transvase situado en el cilindro (la solución con menor potencia); directamente en el cárter, estando regulada por la válvula laminar; o bien con el disco rotatorio accionado por la rotación del cigüeñal. Esta última solución puede proporcionar una mayor potencia y empuje con regímenes altos de revoluciones, pero, en realidad, el notable desarrollo que han experimentado los motores de válvula laminar ha llevado a que sea, este tipo de motor, el que ofrece la solución más equilibrada (motivo por el cual, en el karting, los motores “de válvulas” ya sea han quedado atrás).
¿QUÉ ES?
¿COMO FUNCIONA?
EN LA PRÁCTICA
En los motores de 4 tiempos, sin embargo, la admisión y el escape están regulados por el sistema de válvulas de distribución. Sin entrar demasiado en los detalles del diseño de un motor, en el marco de este artículo podemos decir que en dicha fase del proyecto se calcula y diseña el ciclo teórico, luego, en la fase de desarrollo, se mide el ciclo real. La comparación de los dos ciclos muestra evidentes diferencias; la primera de todas, grandes pérdidas de potencia no contempladas en el ciclo teórico. En pocas palabras, se puede deducir que el rendimiento máximo de un motor de gasolina tradicional acaba siendo alrededor de un 30% de su rendimiento “teórico”; principalmente, a causa del calor dispersado por el sistema de refrigeración y la expulsión de los gases.
En la práctica, el balance energético de un motor es igual a la suma de todos y cada uno de los rendimientos del motor mismo. Principalmente: el rendimiento térmico, el rendimiento volumétrico y el rendimiento mecánico. El rendimiento térmico es la cantidad de calor que se transforma realmente en trabajo respecto al calor total generado en la combustión. El rendimiento volumétrico es la capacidad del motor para “respirar bien”, es decir, la proporción de aire que el motor consigue aspirar efectivamente respecto a la que podría contener el cilindro. El rendimiento mecánico es la relación entre el trabajo útil proporcionado por el motor respecto al teórico que se podría obtener en ausencia total de fricción.
EL BALANCE ENERGÉTICO GLOBAL DE UN MOTOR ES IGUAL A LA SUMA DE TODOS SUS RENDIMIENTOS: TÉRMICO, VOLUMÉTRICO Y MECÁNICO
Algunos ejemplos de motores de 2 tiempos para kart
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Usuario que se acerca por primera vez al mundo del karting. Nunca ha tenido un kart propio o lo posee desde hace pocos meses. Carece de todos los conocimientos básicos y fundamentales de este deporte y necesita información que le permita orientarse. Busca respuestas a preguntas como: ¿cómo preparar la mezcla? ¿Qué herramientas necesito para gestionar el kart? ¿Cuáles son las diferencias entre la presión de los neumáticos de un coche y la de un kart? ¿Y cómo transportar el kart al circuito?
Intermedio
Usuario que practica karting desde hace más tiempo y gestiona personalmente su propio kart. Conoce los conceptos básicos de este deporte, pero quiere mantenerse actualizado sobre las novedades del sector y recibir consejos para mejorar sus habilidades tanto como mecánico como piloto. Busca respuestas a preguntas como: ¿cómo instalar sistemas de adquisición de datos y leer la información básica? ¿Cómo gestionar mejor la presión de los neumáticos? ¿Cómo afinar la relación de transmisión para mejorar el rendimiento? El practicante puede mantenerse en este nivel toda la vida, prefiriendo no afrontar cuestiones técnicas demasiado complejas, pero continuando mejorando y disfrutando del karting.
Experto
Se trata de un practicante que no se conforma con los conocimientos básicos, sino que quiere profundizar al máximo en cada aspecto relacionado con la conducción y la técnica. Su enfoque es prácticamente profesional. La diferencia es clara: el practicante se detiene cuando las actividades relacionadas con el kart se vuelven complejas, por ejemplo cambiar un pistón o una bujía, sin llegar a realizar operaciones más avanzadas como el bruñido del cilindro. El experto, en cambio, no teme afrontar cuestiones de alta complejidad, como por ejemplo equilibrar el cigüeñal de forma autónoma o ajustar el avance del encendido.
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Este artículo ha sido elaborado en colaboración con un anunciante que ha apoyado su publicación. El contenido forma parte de una iniciativa publicitaria y no pertenece a la producción periodística independiente de la redacción de TKART.
Técnica
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