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BALANCEO - Definición - Significado

Oscilación lateral del automóvil, que se produce en las curvas a causa de la fuerza centrífuga, que hace girar el cuerpo del vehículo en torno al eje de balanceo. *Eje (geométrico).

El par que hace girar la caja del vehículo, a igualdad de fuerza centrífuga, depende de la distancia entre el *baricentro y el eje de balanceo. En todos los coches (salvo raras excepciones) el baricentro se halla por encima del eje de balanceo; si estuviera en él, no se produciría balanceo, y, si estuviera debajo (como en las embarcaciones), las oscilaciones se producirían hacia el interior de la curva.

El ángulo que gira la caja del vehículo depende de la naturaleza de las suspensiones. Con suspensiones duras, el balanceo se reduce, pero disminuye el confort en las rectas, sobre todo en las carreteras de firme accidentado. Sin embargo, es posible adoptar suspensiones que establezcan una unión elástica entre las dos ruedas de un mismo eje (-barra antibalanceo); así, durante las sacudidas que se producen en las rectas, cuando ambas ruedas oscilan simultáneamente, la unión es como si no existiese y la reacción se debe exclusivamente a los muelles de la suspensión, que en este caso pueden ser más suaves. En las curvas, puesto que durante el balanceo las dos ruedas de un mismo eje se mueven en sentidos opuestos a la carrocería (la interna hacia abajo y la externa hacia arriba), interviene la unión elástica entre las ruedas, para reducir o impedir las oscilaciones, limitando el balanceo. Con la barra estabiliza-dora antibalanceo se disminuyen las oscilaciones, sin perjudicar el confort. Si la barra fuese completamente rígida, incluso con suspensiones muy blandas, el automóvil no presentaría balanceo, aunque se producirían otros problemas (dinámicos, de carga, desgaste, etc.).

BALANCE TÉRMICO - Denominado también balance energético, es la comprobación de la energía suministrada a un motor mediante el cómputo del trabajo producido y de las pérdidas habidas. Se le llama balance porque la suma del trabajo y de las pérdidas (salidas) debe ser igual a la energía suministrada (entradas); desde este punto de vista, el balance térmico de un motor o de una instalación no es otro que la aplicación del teorema de la conservación de la energía o, mejor dicho, del principio de la termodinámica.

En efecto, independientemente del tipo de energía suministrada (calor, trabajo, energía eléctrica, energía química, etc.), al terminar el ciclo, la suma de lo que ha sido utilizado y lo que ha quedado inutilizable debe siempre coincidir con el valor de la energía introducida. Generalmente, los sumandos de la adición no son todos conocidos, pero el balance energético permite deducirlos por diferencia. La utilidad del balance está precisamente en esto.

En el campo automovilístico, el concepto y el uso del balance no están muy generalizados, porque son poco conocidos, y ello, como primera y directa consecuencia de la confusión existente sobre rendimientos, pérdidas y aplicación de los principios de la termodinámica. Esto ha conducido indudablemente a una pérdida de tiempo y de trabajo dirigidos a construir motores «revolucionarios» y, en último término, a la contaminación atmosférica. Conviene subrayar que también las empresas automovilísticas han considerado tema secundario el problema del rendimiento de un motor frente a la economía de fabricación, que era indudablemente lo más solicitado por el mercado.

Para comprender el significado aparentemente obvio del balance térmico, conviene definir las diferentes formas de energía. En los motores automovilísticos la fuente de energía A está constituida por el combustible cuyas características son conocidas y cuyo consumo puede medirse con facilidad. La energía química contenida en el combustible queda disponible en forma de calor en el momento de la combustión. El calor desprendido es proporcional a la cantidad de combustible quemado. El calor desarrollado por 1 kg de combustible se denomina potencia calorífica y puede expresarse en varias unidades de medida: kilocalorías/kilogramo (kcal/kg); julios/kilogramo (J/kg); kilovatios-hora/kilogramo (kWh/kg), caballos de vapor, hora/kilogramo (CVh/kg). Las salidas deben expresarse obviamente en las mismas unidades que las entradas. En un motor, éstas son a grandes rasgos las siguientes:

- la energía efectiva Nef desarrollada por el motor y referida a ciertas condiciones estándares bien conocidas;

- la energía Nr que debe substraerse para refrigerar el motor;

- la energía Neí perdida en los gases de escape.

La relación entre la energía efectiva Nef y la energía A suministrada en la unidad de tiempo no es más que el rendimiento efectivo del motor. La energía Nr perdida en la refrigeración y que es preciso ceder al exterior para garantizar una temperatura constante del motor sirve para proyectar el circuito de refrigeración del motor y en parte, también, el circuito de lubricación.

La cantidad de energía Net perdida en los gases de escape se subdívide en tres categorías: la energía F, que representa tanto la pérdida por combustible no quemado como la pérdida por oxidación incompleta del carbono convertido en monóxido de carbono (CO) en lugar de anhídrido carbónico (C02); G, que representa la cantidad de calor perdido con la masa de gases de escape (C, CO, C02, NO,, y H20); y H, que representa la pérdida por irradiación al ambiente de las partes calientes del motor. La pérdida H no puede evaluarse con precisión y sólo puede calcularse por diferencia conociendo las demás pérdidas.

Las salidas G y F, antaño consideradas con interés poco más que académico, son actualmente objeto de atenta consideración con el fin de reducir la contaminación atmosférica.

Se ha visto cuáles son las entradas y las salidas, y no obstante, para efectuar un balance que pueda tomarse en consideración, será necesario poder hallar y determinar cuantitativamente el mayor número posible de salidas. La energía A que entra en el motor se halla midiendo el gasto de combustible, lo que no representa dificultad alguna. La potencia efectiva Nef (energía por unidad de tiempo) se determina mediante el freno dinanométrico, teniendo al mismo tiempo en cuenta la potencia absorbida por los elementos auxiliares del motor (dinamo o alternador, ventilador, etc.). El calor eliminado por el refrigerante puede determinarse de forma bastante exacta; la parte absorbida por el agua (o mezcla de agua y anticongelante) se deduce conociendo el caudal de líquido (kg/h), su calor específico (1 kcal/kg °C para el agua, 0,65 kcal/kg °C para la mezcla 50/50 actualmente de uso común), y el salto de temperatura It entre la entrada y la salida del motor.

Por lo que concierne al calor eliminado por el aceite, puede determinarse de forma parecida al eliminado por el agua, si la disposición del circuito de lubricación del motor consiste en medir el caudal Qa (mediante extracción de muestra en el circuito externo emplazado en la impulsión de la bomba de aceite e intercalando el oportuno aparato medidor de flujo) y la temperatura de entrada y salida del aceite del motor, pudiendo tomarse como muy próxima a ésta la temperatura del aceite del cárter: a este propósito conviene intercalar un cárter seco, de forma que se pueda apreciar claramente la entrada del aceite en el motor y, sobre todo, su salida. Conocidas las temperaturas, el salto Aín y el calor específico del aceite Cea, se puede calcular la cantidad de calor eliminada por el aceite.

Conviene precisar que el reparto entre el aceite y el agua del calor eliminado es algo convencional, a causa precisamente de la imposibilidad de separar las mediciones; en realidad, la cesión de calor a los dos líquidos no se reparte netamente en el interior del motor, ya que una parte del calor presente en el agua proviene del que le ha cedido el aceite (sobre todo en las culatas).

La determinación del calor G perdido en el escape es muy difícil, ya que exige medidas de delicadísima ejecución:

- caudal y composición de los gases de escape (en condiciones de presión y temperaturas normales);

- temperatura de esos gases inmediatamente después de las válvulas de escape (antes de que se produzcan pérdidas por irradiación y convección).

Análogo razonamiento vale para la pérdida F, que es la suma de la cantidad de monóxido de carbono no oxidado a anhídrido carbónico y de la parte de combustible no quemado: a las dificultades inherentes a la determinación del monóxido de carbono (en cantidades absolutas y no en porcentajes) se añaden las propias de la determinación de los verdaderos residuos de combustión. Finalmente, la pérdida por irradiación, H, puede evaluarse con bastante aproximación recurriendo a mediciones que se apartan completamente de las técnicas de las salas de pruebas.

El reparto de la energía suministrada varía al cambiar el régimen de rotación del motor, así como el de su carga. A par de fuerzas máximo (presión media efectiva máxima), el rendimiento global de los motores modernos en autopista está comprendido entre 28 y 31 %, es decir, que el trabajo útil utiliza algo menos que el tercio de la energía suministrada.

Entre el aceite y el agua se pierde un 15-20 % de A, por lo que la suma de las pérdidas en el escape y por irradiación se aproxima al 52-54 %. En condiciones de pleno régimen, el reparto cambia un poco; en efecto, mientras NeJ- disminuye (%), aumenta por lo general la pérdida en el escape y disminuye el calor cedido al agua. A carga reducida disminuye cada vez más, mientras aumentan todavía las pérdidas en el escape y en el agua.

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