Relación de Compresión - Cálculo

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Relación de Compresión - Cálculo

Hay dos valores de relación de compresión (desde ahora RC), uno estático y otro dinámico.
La RC estática es la que se obtiene de calcular la reducción de volumen que hay en el cilindro entre PMI a PMS.
Cuando desciende el pistón en la carrera de admisión, este "aspira" mezcla de aire/nafta al interior del cilindro, una vez a superado PMI empieza a comprimir la mezcla hasta PMS, esa reducción de volumen que hay entre el PMI a PMS es la RC estática. Si se redujo 9 veces quiere decir que la RC estática es de 9:1.
La Rc dinámica es la que se obtiene si se tiene en cuenta que la compresión no empieza hasta que se cierra la válvula de admisión, o sea, más tarde del PMI y el pistón habrá recorrido cierta distancia cuando esto sucede. Entonces la RC que se calcula con el recorrido del pistón desde el momento donde se cierra la válvula de admisión hasta PMS es la que se llama RC dinámica.

Entonces la RC será:

RC = ( VCI + VCA) / VCA

donde
VCI = volumen del cilindro.
VCA = volumen de la cámara de combustión

Para calcular VCA (volumen de la cámara de combustión) no podemos aplicar ninguna ecuación matemática sencilla, debido a la complejidad de su forma. Para hallar este valor usaremos una bureta graduada con robinete y un vidrio 15x15cm de lado y 2 o 3mm de espesor que deberá tener en el centro un orificio un tamaño apenas mas grande que el pico de la bureta.



Colocamos y afirmamos la tapa de cilindros con las cámaras de combustión hacia arriba y la nivelamos con la ayuda de un nivel de mano. Sellamos los asientos de válvulas y el vidrio con grasa para que no se filtre el aceite.


Cargamos la bureta con aceite hasta completar un valor conocido, por ejemplo 100ml (100cm³), para luego empezar a verterlo por el orificio del vidrio dentro de la cámara de combustión. Completamos de aceite la cámara y controlamos que no haya filtraciones ni burbujas de aire. Si en la bureta quedaron 5ml (5cm³) de aceite, quiere decir que vertimos 95cm³. (100cm³ iniciales menos 5cm³ es igual a 95cm³).
En este momento deberíamos aprovechar a retocar las cámaras para que todas queden iguales.

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Una vez calculado el volumen de la cámara en la tapa de cilindros, debemos sumarle el volumen que crea la junta.

VJT= π x r² x h

donde

VJT [cm³]= Volumen Junta Tapa de Cilindros
R [cm]= radio del cilindro (1/2 diámetro)
h [cm]= altura Junta



Y por último debemos calcular el volumen que se forma entre la cabeza del pistón y el plano del block.


Si la cabeza del pistón es plana, lo calcularíamos de la misma manera que lo hicimos con el volumen de la junta de tapa:
VDC= π x r² x d
donde

VDC [cm³]= Volumen Squix
R [cm]= radio del cilindro (1/2 diámetro)
d [cm]= Deck Clearance

En el caso de que el pistón tenga un domo o una depresión de una forma poco sencilla de calcular matemáticamente (rebajes para válvulas, dish, etc..), tendremos que calcular el volumen de la cabeza del pistón restaremos o sumaremos al VCA dependiendo si es convexo o cóncavo.

Para calcular el volumen de la cabeza del pistón tenemos que averiguar la distancia que este sobresale del block.
Pondremos dos pistones opuestos 1y6 / 2y5 / 3y4 en PMS y apoyamos una regla sobre los puntos más altos de los pistones elegidos. Con la ayuda de un calibre medimos la distancia que hay desde el block a la regla. (la distancia que sobresale el pistón del block)
Después bajamos el pistón hasta una distancia determinada, puede ser cualquiera. A modo de ejemplo usaremos 10mm. Para esto nos ayudaremos con el mismo vidrio que cubicamos la tapa de cilindros. Apoyamos el vidrio sobre el block y medimos con un calibre por el agujero del vidrio, desde la parte más alta del pistón a 10mm de la parte inferior del vidrio. Tener en cuenta que el calibre lo estamos apoyando en la parte superior del vidrio, por lo que a los 10mm debemos sumar el espesor del vidrio.
Una vez que pusimos el pistón a la altura elegida, sellamos con grasa el borde entre el pistón y la camisa y repetimos el llenado con la bureta tal como anteriormente hicimos en la tapa.
Paralelamente calculamos el volumen que tiene el cilindro para los10mm de altura que elegimos.

V10mm= π x r² x h

donde

V10mm [cm³]= Volumen para 10mm de altura
R [cm]= radio del cilindro (1/2 diámetro)
h [cm]= 10mm

La diferencia entre V10mm y los cm³ que medimos con la bureta, será el volumen de la cabeza del pistón.
Por ejemplo si hubiesen entrado 15cm³ de líquido y el volumen para 10mm de altura es de 20cm³ el volumen de la cabeza del pistón sería 5cm³ (20cm³-15cm³=5cm³)

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Continuara....

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Ahora calculamos VCI (volumen del cilindro)

VCI= π x r² x S

donde

VCI [cm³]= Volumen del Cilindro
R [cm]= radio del cilindro (1/2 diámetro)
S [cm]= Carrera Pistón

Por ejemplo, si las especificaciones del motor nos dicen que tenemos un diámetro de 84,937mm y una carrera de 111,120mm nos quedaría la siguiente expresión

VCI= π x (4,247cm x 4,247cm) x 11,112
VCI= 629.66 cm³


Ahora ya tenemos los valores para completar en la primer ecuación y calcular la RC estática .

RC = ( VCI + VCA) / VCA

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Ahora, sin ahondar mucho en la parte teórica, se habrán dado cuenta que cuando calculamos la RC estática omitimos (intencionalmente) el retraso de cierre de la válvula de admisión (RCA).
En la realidad la compresión del gas recién comienza cuando se cierra la válvula de admisión y esto no es a 0° del PMI. Por ejemplo, una leva de 7bancadas std creo que está en 66° después del PMI.
Teniendo en cuenta esto tendremos que hacer nuevamente el cálculo de la RC, pero ahora calcularemos VCI considerando que la carrera del pistón será la distancia entre el PMS y la cabeza del pistón cuando la válvula de admisión se haya cerrado.
Para hallar la distancia que avanzó el pistón al momento del RCA, utilizaremos la siguiente ecuación:


(perdón por el tamaño, pero tuve que poner una imagen porque no pude escribir "alfa" y "beta" con la fuente del foro )

donde



Esto que acabamos de calcular es la RC dinámica, que como se observa es menor que la RC estática y por consiguiente también lo será la presión creada por el pistón en el PMS. Esto quiere decir que a igual RC estática, cuanto mas retrasemos el cierre de la válvula de admisión (RCA) menor será la RC dinámica.
La RC dinámica no debe exceder de 8 u 8,25:1 usando naftas std, si nos pasamos de estos valores tendremos problemas de autoencendido. Aunque esto último también depende de la ubicación de la bujía, el diseño de la cámara de combustión, etc.. Dependiendo del diseño del motor, es posible que en el mismo momento en que se cierre la válvula de admisión, tengamos dentro del cilindro una presión mayor que la atmosférica haciendo que la mezcla ya entre comprimida.