Ya tenía ganas de escribir algo sobre éste tema, pero desde hace tiempo tengo muy olvidado
esto de hacer reportajes y ya tenía hasta cierta timidez por ponerme a redactar uno.
Al lío.
Resulta que estoy ya muy cansado de oír que si a un cigüeñal normal le pones biela larga aumenta
la cilindrada. Eso es absolutamente falso y falto de sentido. Sobre todo tengo este tipo de discusiones
los días de carrera, pero no se si será por mí o que, pero no me hago entender, y por eso he querido
ponerme a escribir cuatro palabras no sin ántes haberme puesto a jugar con un programa de diseño y
simulación 3D muy facilito llamado Solid Edge, de forma que lo que cuento con palabras se vea complementado
con unas bonitas animaciones que en un rato hice, a ver si queda claro el asunto.
Para empezar quiero definir la cilindrada, que aunque todo el mundo lo sabe,creo que es mejor que quede claro.
La cilindrada asi de forma gorda yo diría que es la cantidad de fluido (aire atmosférico + gasolina + aceite,
todo pulverizado) que en cada ciclo nuestro motor es capaz de procesar. En el caso de un motor dos tiempos no
es rigurosamente cierto por el hecho de que la admisión es al carter, además de que tenemos agujeros en los
cilindros y tal que hacen que la cilindrada efectiva y la relacion de compresión real se vean alteradas, pero
vamos eso ya son otros asuntos, total que definitivamente defino la cilindrada como el volumen de un cilindro
imaginario, que no es ni más ni menos que el cilindro imaginario que nuestro pistón "barre" en su movimiento
alternativo desde el PMI al PMS o viceversa.
Total que para calcular la cilindrada tendremos que calcular el volumen de un cilíndro, y como mucha gente sabe es multiplicar el
área de la base por la altura, lo cual tiene dimensiones de longitud al cubo, osea volumen.
En nuestro caso el área de la base es la superficie de la cabeza del pistón proyectada sobre un plano horizontal siendo purista, y
hablando como una persona normal pues simplemente es (PI*diámetro^2)/4, y la altura del cilíndro, en nuestro caso no es ni más ni
menos que la carrera de nuestro cigueñal, osea todo lo que barre el pistón como ántes he dicho.
¿Alguién ve por algún sitio la biela? Vamos, su distancia entre centros, que son 80 mm en minarelli
horizontal, ¿No verdad? ¿Eso que quiere decir? Pues que tiene importancia cero en el cálculo de la
cilindrada, no importa, da igual!!! Si nuestro cigueñal tiene carrera 39,2 mm como es el caso de minarelli
horizontal y le ponemos biela de 1 kilómetro, y nuestro pistón es de 47,6 mm, nuestra cilindrada siguen siendo 70 cc!!!
Fijaros en las dos siguientes animaciones:
En la primera vemos un cigueñal de carrera 39,2 y biela con distancia entre centros de 80 mm,
le vemos funcionar y vemos que lo que barre son 39,2 mm, que corresponden con la altura de esa piecita
gris que frota con el pistón. Ahora vemos en la segunda animación el mismo cigueñal pero con biela 85 mm,
y la piecita esa gris que la he subido 10 mm para arriba para que veais mejor a ojo pero sigue siendo de
alta 39,2 mm, y con eso vemos claramente que la distancia que barre nuestro pistón siguen siendo 39,2 mm
que junto con el mismo pistón de 47,6 mm de diámetro tenemos la misma cilindrada que ántes, independientemente
de haber montado biela 85.
Una forma de apreciar la diferencia de las bielas es ver hasta donde llegan abajo las faldas del pistón,
las faldas de la animación de la biela 85 se acercan más a las galletas del cigueñal.
Con eso queda demostrado, pero no conforme con eso quiero enseñaros todo el mismo conjunto pero con una
biela de 200 mm de distancia entre ojos, algo totalmente inviable en nuestros pequeños motores pero que
sirve para que las cosas queden más claras. Para ello veamos la siguiente animación:
En ella podemos ver que a pesar de tener una biela mastodóntica, nuestra cilindrada siguen siendo
70 cc y la distancia barrida por nuestro pistón siguen siendo 39,2 mm que corresponden con la carrera
de nuestro cigueñal, y asi queda demostrado tomando como referencia la misma piececita gris que mide de
alto como ántes he dicho 39,2 mm.
Ahora quiero mostraros una cuarta animación que aunque se sale un poco del asunto no deja de estar
relacionado, y puede valer para fijar conceptos, veámosla:
Lo que tenemos es el mismo sistema de la animación 1 pero con otro cigueñal, en éste caso de carrera
54 mm. Osea la biela es de 80 mm entre ojos, el pistón de 47,6 mm de diámetro pero el cigueñal de 54 mm
de carrera, que como es lógico, es también la distancia barrida por nuestro pistón entre puntos muertos,
lo cual quiere decir que hemos hecho nuestro cilíndro imaginario más alto, y a igualdad de base tiene más
volumen, por tanto aumentar la carrera si que da cilindrada!!! Aún manteniento la biela original de 80 mm
puesto que no influye en la cilindrada!!! Podemos ver otra vez la altura del cilíndro imaginario o distancia
barrida por el pistón de forma relativa si otra vez nos fijamos en la piececita gris que frota con el pistón.
Además como podeis ver, la falda del pistón pega en las galletas del cigueñal, esto indica la imposibilidad
de funcionamiento de ese conjunto pistón-biela-cigueñal, únicamente tómese a efectos didácticos.
La nueva cilindrada es: (((PI*47,6^2)/4)*54)/1000 = 96,09 cc
La vieja era: (((PI*47,6^2)/4)*39,2)/1000 = 69,75 cc (aprox 70 cc)
El dividir entre 1000 es para pasar de unidades milimetros cúbicos a centímetros cúbicos, ya que todos los
datos de las fórmulas están en milímetros.
Bien, pues ya hemos visto que desmontar el cigueñal en la prensa, ponerle biela larga, y montarlo en el
motor, no implica aumento de cilindrada, para conseguir ésto último, hay que variar la distancia entre el
eje de giro del cigueñal y el eje de la muñequilla, que es el bulón que une el cigueñal y la biela, y ésto
es muy difícil, e implica la construcción de un nuevo cigueñal, o montar uno con esa característica vamos...
Pero entonces, ¿Que se gana montando biela larga? ¿Y porque en algunos campeonatos están prohibidas si
resulta que no aumentan la cilindrada?
Porque están prohibidas ni idea, no se siquiera si en algún campeonato lo están, pero si que algo he oído
al respecto. Lo que si que te obliga el montaje de una biela larga es a suplementar el cilindro por su base
en la misma distancía que has aumentado la longitud de la biela, por ejemplo 5 mm si pasas de biela 80 a biela
85, puesto que ahora con esa biela tanto el PMI como el PMS estarán 5 mm más arriba y por eso hay que suplementar,
o en su caso y sin suplementar ni una micra, también tienes la opción de montar otro pistón silimar pero con la
peculiaridad de tener el agujero para el bulón 5 mm más arriba, para que el pistón "baje" esos 5 mm que le hacíamos
subir con la biela larga.
El montaje de una biela larga si que hace que la distribución de nuestro cilíndro se vea modificada, puesto que
al montar biela larga, se hace más neutra una medida fundamental de la distribución. ¿Que quiere decir ésto? Bueno,
no me voy a poner a hablar de ésto porque se sale del tema central del reportaje, además de que creo que ya hablé
un poco en su día en el reportaje de la distribución (reportaje del cual recomiendo en éste momento encarecidamente
su lectura) con otra animación que hice en AutoCAD. Solo decir que al contrario de lo que mucha gente cree, si vamos
del PMS al PMI y hemos girado 90º geométricos del cigueñal, eso no implica que el pistón haya descendido la mitad de
la carrera, no es una simple regla de tres, y hay que hacer uso de la trigonometría y más concretamente del teorema
del coseno, pero bueno, eso para otro día.
Como curiosidad decir que biela larga sin suplementar la base, osea usando el pistón éste especial, aumenta bastante
la precompresión, podeis pensarlo un poco, pero vamos es por el hecho de meter más material en el carter y disminuir
el llamado espacio nocivo.
Ya por último comentar que lo de la biela larga no es tan simple como hasta ahora he hecho creer, y la verdad
tampoco quería ni comentarlo, pero solo dejar caer, para que os hagais una idea, que el hecho de montar biela
larga implica unas condiciones cinemáticas (relativas al moviento de nuestro "sistema mecánico biela-manivela")
muy especiales. El sistema varía mucho, y todo eso se puede estudiar tanto como se quiera, pero exige unos
conceptos muy avanzados de cinemática y dinámica de mecanismos, donde entran conceptos como las circunferencias
de inflexiones, retrocesos o de Bresse, ángulos de trasmisión y deslizamiento, que forman las fuerzas aplicadas
con nuestro sistema, para evaluar cual es el momento de ventaja mecánica máxima, y cómo ésta va variando a lo largo
del ciclo, las pocisiones de punto muerto (en éste caso las dos de reposo, no hay de bloqueo), que son el momento
de mayor trasmisión de esfuerzos, etc etc, pero eso para el siguiente capítulo.
Espero que haya quedado claro el tema principal del reportaje, ¡LA BIELA LARGA NO AUMENTA LA CILINDRADA!
Fallos ortográficos, sugerencias o errores en general serán
bien aceptadas en mi buzón
de correo.
