REVISTA
JUVENTUD Y CIENCIA SOLIDARIA:
En el camino de la investigación
Preparación de un motor de
combustión interna para competencias
Mateo Sebastián Ávila Vanegas, Franklin Steven Bautista Domínguez,
Andrés Santiago Alvarado Castro, Sergio Paúl Gallardo Gallardo,
Anderson Josué Ochoa Guevara, Pablo Josué López Yunga
Mateo Sebastián Ávila Vanegas
,
nací el 27 de octubre del 2003, en la
ciudad de Cuenca, tengo 17 años. Soy
estudiante de la Unidad Educativa Técnico
Salesiano. Actualmente pertenezco al
grupo del 3 «C2», especialidad de Elec-
tromecánica Automotriz. Mis aspiraciones
son convertirme en ingeniero automotriz,
especializado en modificaciones de vehículos
para competencia.
Franklin Steven Bautista Domínguez
,
nací el 15 de noviembre del 2002, tengo 18
años. Soy estudiante de la Unidad Educa-
tiva Técnico Salesiano, en este momento
pertenezco al 3 «C2». Mi pasión son los
vehículos, por esto pienso seguir la carrera
de Ingeniería Automotriz.
Andrés Santiago Alvarado Castro
,
nací el 27 de enero del 2004, tengo 16 años.
Soy estudiante de la Unidad Educativa
Técnico Salesiano, actualmente pertenezco
al grupo 3 «C2». Soy exseleccionado de
baloncesto, natación y atletismo de la ins-
titución y quiero convertirme en ingeniero
mecánico.
Sergio Paúl Gallardo Gallardo
, nací
el 13 de febrero del 2003, en el cantón
Balsas, provincia de El Oro, tengo 17 años.
Soy estudiante de la Unidad Educativa
Técnico Salesiano de Cuenca, en el cual
sigo la especialidad de Electromecánica
Automotriz. Nunca fui un apasionado por
los vehículos, pero al pasar de los años me
apasioné por el mundo motor.
Anderson Josué Ochoa Guevara
,
nací el 26 de mayo del 2002 en el cantón
Olmedo, provincia de Loja. Tengo 18 años
y actualmente soy estudiante del tercero
de bachillerato de la Unidad Educativa
Técnico Salesiano. Yo elegí esta carrera
porque desde pequeño mis hermanos eran
apasionados por los vehículos y esa fue mi
motivación para seguir esta especialidad.
Pablo Josué López Yunga
, nací el
6 de octubre del 2003, tengo 17 años. Soy
estudiante de la Unidad Educativa Técnico
Salesiano, en la carrera de «Electromecánica
Automotriz» perteneciente al 3 «C2». Yo
escogí esta carrera ya que desde muy
pequeño mi pasión han sido los vehículos
debido a que son muy interesantes sus
elementos y cómo funcionan para crear una
armonía.
19
20 Juventud y Ciencia Solidaria
Resumen
El presente trabajo tiene la finalidad de dar a conocer
las distintas modificaciones que se le realizan a un
vehículo, específicamente en sus componentes mecáni-
cos para mejorar su rendimiento y prestaciones. Con
el objetivo de que las personas conozcan la forma co-
rrecta de preparar un motor y así evitar daños en el
mismo y gastos materiales. En Cuenca, la preparación
de vehículos no es común y falta mucha investigación.
Por esta razón se decidió tomar en cuenta tres formas
de mejorar la potencia de un motor: incremento de
cilindrada, aumento del RPM del motor e incremento
de la presión media efectiva. Estos tres métodos son
los óptimos al momento de preparar un motor ya que
si se emplea otra forma el motor puede sufrir daños
graves. Con el motivo de complementar la investigación
se presentan cálculos importantes en la preparación
de motores, ya que es erróneo realizar esta acción de
forma empírica.
Palabras clave:
aumento de RPM, aligeramiento de
masas, potencia, presiones, aumento de potencia, dis-
minución de peso en el motor, relación de compresión
Explicación del tema
Aumento de potencia de un motor
Existen diferentes formas para incrementar las presta-
ciones en un motor, entre las que se puede encontrar:
incremento de cilindrada, aumento del RPM del motor
e incremento de la presión media efectiva.
Aumento en el diámetro del pistón
Aumentar el diámetro de cilindro es el método más
efectivo, basta aumentar pocos milímetros para que la
cilindrada del motor aumente en gran medida.
Para se deberá modificar el bloque motor, rec-
tificando el interior de los cilindros, aumentando el
diámetro de cada uno, por ejemplo, al rebajar 2 mm
en cada cilindro del motor se consigue un aumento
de cilindrada de entre 50 y 60 cm3. Es importante
enfatizar que los valores del pistón y del cilindro son
análogos.
Cambio de pistones
Esto viene ligado al aumento del diámetro en los cilin-
dros; al colocar pistones de diámetro mayor se re-
comienda usar pistones de alto rendimiento, ya que
son más ligeros y mucho más resistentes. Los pistones
que más se usan para competiciones donde se exige a
los motores a su máxima potencia, durante tiempos
prolongados, como la Nascar y WRC, son:
1. Pistones de fundición de aluminio
2. Pistones forjados a alta presión
3. Pistones de aplicación aeroespacial
4. Pistones reforzados
Figura 1. Pistón forjado WISECO
Fuente: Wiseco (2021)
Cálculos
Se deberá realizar los cálculos antes de empezar a tra-
bajar en el motor, pues hay que saber qué pistón se va
a utilizar para conseguir el aumento deseado, ya que
en la rectificadora la precisión es clave, de esta forma,
se garantiza el correcto funcionamiento y vida útil del
motor.
Figura 2. Tamaño de cilindro y cámara de combustión
Fuente: california-motorcycles (2021)
En el camino de la investigación 21
Cómo calcular la cilindrada del motor
Se utiliza la siguiente fórmula:
C
t
=
(
π ∗ D
2
4
) ∗ S
∗ # cilindros
Donde:
Ct= Cilindraje total
S= Carrera de pistón
D= Diámetro de cilindro
Cómo calcular la capacidad volumétrica de una
cámara de combustión
Para esto es necesario algunos datos: volumen del em-
paque de culata y capacidad volumétrica de cámara de
combustión. La capacidad volumétrica de la cámara
de combustión se lo obtiene desmontando la culata y
colocando líquido en la cámara con la bujía de encen-
dida colocada y las válvulas de la culata cerradas, el
líquido se vierte en un vaso graduado y se obtiene la
medición exacta.
V
cc
= V
j
+ V
c
Donde:
V
cc
=capacidad volumétrica de la cámara de com-
bustión
V
j
= volumen de la junta
V
c
= volumen del cilindro
Fuente: Gillieri, Stefano (Preparación de motores
en serie para competición)
Ejemplo
V
cc
= 9, 02cm
3
+ 45, 06cm
3
V
cc
= 54, 08cm
3
Con esta modificación se busca aumentar el volu-
men que puede ingresar en la cámara de combustión,
ya que si el motor consume más aire, esto se traduce
en mayor potencia.
También se puede aumentar la cilindrada modifi-
cando la carrera de los pistones; es necesario recordar
que el incremento de la capacidad volumétrica de los
cilindros no siempre es factible debido a que se nece-
sitaría modificar el bloque o el cigüeñal y muchas de
las veces la arquitectura del block no permite estas
modificaciones.
Por el incremento del régimen de giro
El procedimiento más habitual para el incremento de
RPM es el aligeramiento de masas, normalmente, en
el cigüeñal, el volante de inercia, pistones y bielas. Al
ser más ligero los elementos móviles, el motor puede
subir rpm mucho más rápido.
Se realizan trabajos de balanceo estático y dinámico
en el cigüeñal, volante y poleas, mientras que, las re-
ducciones de peso se lo realizan en las bielas, cojinetes,
rines y pistones.
Figura 3. Pesaje de una biela
Fuente: ebayimg (2021)
1.
Al disminuir el material los elementos se vuelven
más frágiles frente a esfuerzos y temperatura.
2.
Si no se balancean correctamente las piezas, se
generarán vibraciones dañinas para el motor.
Por ello en Fórmula 1 (la categoría más alta de com-
petencias automovilísticas) se ha implementan piezas
cerámicas, las mismas que son más ligeras y resistentes,
contienen un menor rozamiento y soportan mayores
temperaturas.
Procesos y elementos del aligeramiento de
masas
Pistón
. Se pueden usar pistones forjados o modificar
los pistones de serie. El punto negativo de los pistones
fabricados mediante forja es su elevado precio y son
pocos los distribuidores en la ciudad de Cuenca. Esta
es una razón para no llevar a cabo esta modificación.
Los procesos que se realizan al pistón son canales
en la falda, mecanizado en la cabeza y realización de
22 Juventud y Ciencia Solidaria
agujeros en la falda. El peso debe ser iguales, aunque
la tolerancia máxima es de 2 gramos.
Figura 4. Pistones modificados
Fuente: qdoc tips (2021)
Rines del Pistón
. Son de cromo-níquel-
molibdeno o fundición gris, pero la mejor opción es
instalar rines de competición, siendo su material más
elástico, que provoca menor fricción.
Biela. Al igual que en los pistones, se puede usar
componentes de competición o modificar los de serie.
En la biela se trabaja reduciendo pesos; los puntos
que existen para el aligerado de peso en la biela son:
1. La tapa
2. Cuerpo
3. Laterales del pie
Otra modificación es ensanchar el codo, para tener
un mayor apoyo de las fuerzas generadas en el motor.
Se admite una tolerancia de 2 gramos en el peso entre
bielas al aligerarlas.
Figura 5. Mecanizado de una biela
Fuente: connerengineering (2021)
Las bielas de competición son forjadas con alea-
ciones de acero, teniendo un peso más bajo y alta
resistencia frente a los pistones originales y tempera-
turas.
Cigüeñal
. En un motor de competición el equili-
brado del cigüeñal es crucial, especialmente en altos
regímenes de giro. Este se deberá aligerar luego de
haber reducido su masa. Se deberá equilibrar dinámica
y estáticamente para comprobar las tensiones y el
balanceo de estos.
Presión media efectiva
Figura 6. Explosión en el cilindro
Fuente: actualidad motor (2021)
Una de las variables más importantes dentro de la
generación de potencia de un motor es la PME (presión
media efectiva) esto genera un incremento de torque y
potencia de un motor.
La PME es la medida normalizada del desempeño
del motor. (Romero y Carranza, 2005, p. 152)
Se puede mejorar cambiando la sincronización del
árbol de levas, incrementando el diámetro de la boca de
carburador o mariposa del cuerpo de admisión, aumen-
tando de la entrada de aire a la cámara de combustión,
entre otros.
Para mejorar la entrada de gases tenemos ciertos
métodos, son los siguientes:
1. Implemento de un filtro de aire de alto flujo
2. Implemento de un turbocompresor
3. Implemento de un supercargador
Mediante sobrealimentación, que puede conseguirse
con un turbo o con un supercargador, estos van a
generar una compresión de los gases que circulan ha-
cia la cámara, cuanto más se comprima mayor es el
volumen de aire que ingresa a cada cilindro del motor.
En el camino de la investigación 23
También es posible avanzar la inyección de car-
burante sobre el punto muerto superior tanto como
permitan las condiciones de funcionamiento, esta es
una estrategia efectiva para aumentar la presión media
indicada.
P
e
=
L
e
V
h
∗ i
=
T ∗ N
e
V
h
∗ i ∗ n ∗ 2
=
π ∗ T ∗ M
e
V
h
∗ i
Donde:
L
e
=trabajo realizado
V
h
= capacidad volumétrica del cilindro
i = # cilindros
N
e
=potencia indicada
n = RPM
T = tiempos del motor
M
e
=par efectivo
Figura 7.
Evolución de la presión media indicada con el
avance a la inyección
Fuente: riunet upv (2021)
Relación de compresión
. Es el número de veces
que el volumen de la cámara entra al volumen del
cilindro, cuanto más comprima la mezcla más eficiente
será la quema de la mezcla.
La ecuación para calcular la RC es la siguiente.
RC =
(V CI + V CA)
V CA
Donde:
V CA =capacidad volumétrica de la cámara.
V CI = volumen del cilindro.
Fuente: Pirata motor (2021)
El método que se aplica habitualmente para incremen-
tar las prestaciones de un motor es cepillar el cabezote,
ganando de esta manera el aumento de la relación de
compresión.
El aumento de la relación de compresión permite
aprovechar de mejor manera el poder calorífico del
combustible lo que provoca una necesidad del retraso
del tiempo de encendido.
Al aumentar la compresión, el octanaje del com-
bustible debe hacerlo. Esto evita el autoencendido de
la mezcla que causa pérdida de potencia, mal fun-
cionamiento y posibles daños graves al motor.
Tabla 1. Tabla general de RC
Relación de Rendimiento Aumento de
comprensión térmico potencia con
respecto del
valor anterior
3 a 1 29.0
5 a 1 37.0 27.5
7 a 1 42.0 13.5
8 a 1 45.0 7.0
9 a 1 47.0 4.5
10 a 1 49.0 4.1
11 a 1 51.0 3.8
12 a 1 52.5 3.0
13 a 1 53.6 2.0
14 a 1 54.5 1.8
15 a 1 55.1 1.2
Fuente: Autores
Además de aumentar la potencia, el incremento de
RC mejora el uso del poder calorífico del carburante,
por lo que incrementando la RC se tienen más torque
y potencia. Conforme la RC aumenta la PME hará lo
mismo.
Conclusiones
La forma correcta de preparar un motor para el au-
mento de prestaciones es por medio de estos tres méto-
dos: Aumentando el régimen de giro se puede obtener
una ganancia significativa de potencia y par, aunque
este tiene el riesgo de que los elementos, al reducir su
masa, se debiliten y fallen.
Por otro lado, tenemos la opción de montar ele-
mentos de competición, aunque estos tienen un precio
muy elevado, pero ofrecen una excelente resistencia y
un peso considerablemente bajo.
Generando un incremento de la PME se aumenta
la eficiencia de uso del combustible en un motor.
24 Juventud y Ciencia Solidaria
Existe límites de RC en motores de gasolina de-
bido a la autoignición, también en el ingreso de la
gasolina, ya que el motor no funcionará correctamente
si la mezcla se vuelve muy «rica» o incluso con la
sobrealimentación no se puede ingresar demasiado aire
a presión ya que, si esta es muy alta, el motor puede
sufrir daños irreparables.
El aumento de la cilindrada es importante para la
preparación de un vehículo de competencia, ya que
con esta modificación se puede volver a los motores
más competitivos al momento de las carreras.
Esta es la modificación base para armar vehículos,
ya que por lo general la cilindrada se aumenta hasta
llegar al límite mayor permitido en el reglamento de
la categoría en la que el vehículo participará.
Modificar un motor de esta manera nos garantiza
un correcto funcionamiento de este. Al mismo tiempo,
evita daños en el motor y pérdidas económicas.
Agradecimientos
Agradecemos a nuestros tutores, los señores Pablo
Celi, David Montesdeoca, Kevin Pinta y Marco Zhu-
nio, quienes nos brindaron su tiempo y dedicación
para darnos las pautas necesarias para culminar este
artículo satisfactoriamente. Al ingeniero Néstor Rivera,
quien se encargó del vínculo entre la Unidad Educa-
tiva Técnico Salesiano y la Universidad Politécnica
Salesiana.
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