miércoles, 8 de junio de 2011

RENDIMIENTO DE MOTORES A EXPLOSION

El rendimiento de un motor a explosión, ciclo Otto o a ignición por chispa, en la jerga vulgar llamado motor naftero, varia entre un 20 a un 30% dependiendo de la relación de  compresión y de la temperatura de funcionamiento. Esto quiere decir que un 70 a 80% de la energía suministrada por el combustible, se disipa en transformaciones energéticas indeseables, (ver * rendimiento de iluminación),a saber:

      


Radiador 35 a 40 %
Gases de escape 30 a 35 % 
Lubricación 8 a 10%

Si hablamos de un motor ciclo Diesel, el rendimiento mejora a valores entre un 35 a 40% y las perdidas proporcionalmente disminuyen, pero también la suma llega a valores del 60 al 65 %.

 Si el motor se usa para accionar un generador de electricidad, el rendimiento en el extremo del cigüeñal (Rendimiento mecánico total) se debe multiplicar por el rendimiento del alternador o generador, el cual puede variar entre un 80 a 95 %,  para obtener el rendimiento total del grupo. Tomemos un 25 % para el motor naftero y  un 87 % (valores medios) para el alternador. El rendimiento  de generación medio será entonces,

 h = 0,87 x 0,25 = 22%  

Si usamos los valores extremos  seria  17 %

Significa que por cada 100 litros de combustible, solo 17 a 22 litros se                              transformarán en energía eléctrica y el resto será disipado en forma de calor, que como dijimos es un proceso no esperado, pero necesario para concretar la transformación  del poder calorífico del combustible, en la  forma de energía mas fácil de transportar y de convertir que la humanidad ha descubierto hasta el momento, aceptada, indiscutible y universal : LA ELECTRICIDAD.
 Sin embargo, estudiemos la posibilidad de aprovechar el calor para otros usos; durante el invierno, asume tanta importancia que puede ser usado para calefaccionar ambientes productivos, como por ejemplo criaderos de aves, animales tropicales, plantas, invernaderos, etc. Es mas aun: si la generación de calor supera a la producción de electricidad, deberíamos prestar mas atención en el uso del calor, que en la generación de electricidad. Hacer lo contrario significa mirar las hormiguitas mientras            nos pasa por encima el elefante. Recordemos que entre 78 y 83 litros de cada 100 se emplean en generar calor.


Tratemos de aprovecharlo, si logramos aplicarlo en total para otro propósito útil habremos logrado alcanzar el 100 % de rendimiento. En efecto, pensemos ahora en generar calor con un grupo electrógeno y utilizar como proceso secundario la generación de energía eléctrica. Cambiando los tantos, como vulgarmente se dice, logramos transformar un rendimiento del 17 al 22 en otro de 78 a 83 que ahora tiene mas color. Con esto conseguimos o aumentar el rendimiento del combustible o lograr la electricidad que queríamos gratis, lo cual también significa haber logrado un rendimiento del 100%. ¿Qué es solo teoría...? Nada mas equivocado, al menos durante el invierno. La única objeción al razonamiento es que para generar calor hace falta una inversión mucho menor que la que estamos analizando. Simplemente un  generador de calor indirecto a llama o una estufa convencional, es capaz de proporcionarnos calefacción y es mas barato.
Si el grupo electrógeno completo se coloca dentro del ambiente, todo el calor "indeseable" quedara dentro del recinto. Esto no es factible en muchos casos, por inconvenientes  tales como el ruido, la polución ambiental, etc. De las cuatro perdidas mencionadas, la mas practica para ser utilizada es la del radiador. De hecho, en los automotores, ómnibus, automóviles etc. la calefacción se logra por este medio y por  supuesto, apenas es una pequeñisima parte del calor "indeseable " generado en el motor. 

     Un invernadero soporta sin problemas el ruido del motor sin provocar problemas de desarrollo de las plantas. Los gases de escape, ricos en dióxido de carbono, contribuyen además en el proceso clorofilico o de fotosíntesis, aumentando el rendimiento de por si, ya estimulado por la elevación de temperatura.
 Hagamos unos numeritos para comprobar nuestro razonamiento. Partiendo de un grupo electrógeno ciclo Otto, alimentado con gas de línea, el costo de la energía eléctrica, despreciando las perdidas es de 0,07  $/Kwh. Pero el rendimiento es del 17 al 22 %. Si todo el equipo esta dentro del recinto, absolutamente todo el calor generado por las perdidas ingresara al mismo, contribuyendo a calefaccionar el ambiente y el costo bajará al 0,012. Si en cambio liberamos los gases de escape, por considerarlos contaminantes, el precio bajará a 0,025 y si por otras razones aislamos el motor y sacrificamos gases de escape, lubricación y pérdidas eléctricas, aprovechando solo el enfriamiento del  radiador, el costo bajará a 0,029 $/Kwhora.

Como vemos hemos reducido el  precio del Kwhora a menos de la mitad en el peor de los casos .Un ultimo comentario acerca de los motores a ignición por chispa alimentados a gas de línea. El avance tecnológico en la fabricación de motores de este tipo destinados a la industria automotriz ha permitido reducir los costos de inversión notablemente, a tal punto que es conveniente adaptarlos al consumo de gas. Nuestro país es uno de los mas adelantados en el mundo en este aspecto, circunstancia que se encuentra demostrada por el hecho que en el mes de febrero se inauguro la Estación de GNC  numero 1000. El gas es el mismo de la línea solo que para poder transportarlo es necesario comprimirlo a 200 atmósferas.

La adaptación de los nafteros implica la corrección de la relación de compresión, modificación del carburador y provisión de un regulador o limitador de velocidad entre otras cosas. Ver *la relación de compresión, y *adaptación para gas natural.
      Todo el razonamiento antedicho es válido para grupos electrógenos independientes y para *sistemas acoplados, vale decir tanto para aquellos que no tienen energía eléctrica como para los que la tienen.  

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Ing. Enrique O.Nielsen 




1 comentario:

Halman Freud dijo...

Muy interesante, sirve también para grupos electrogenos? Asumo que sí, debe aplicar a cualquier motor.