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Qué es la cilindrada de un coche y por qué un motor más grande no siempre es más potente

José Luis Gómez | @jlgomez1995 | 9 Ene 2021
Cilindrada Bmw Motor Portada
Cilindrada Bmw Motor Portada

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“Se ha incautado una colección de coches de alta cilindrada. Le debe ir bien en el trabajo, se ha comprado un coche de alta cilindrada. Huyeron en vehículos de alta cilindrada”. ¿Cuántas veces has escuchado esas frases? Seguramente que muchas, y es que un motor de alta cilindrada se suele asociar a lujo, potencia y altos consumos. Pero eso no es siempre y totalmente cierto.

La cilindrada puede definirse de forma rápida como el volumen de los cilindros, que no es otro que el volumen de aire desplazado por los pistones, dando así idea del tamaño del motor, y aunque es un parámetro que influye en la potencia que desarrolla dicho motor, no es el más significativo.

¿Qué es la cilindrada?

La cilindrada (Vc) es el volumen útil de todos los cilindros del motor, o dicho de otra forma, es el volumen que desplazan los pistones desde el punto muerto inferior (PMI) hasta el punto muerto superior (PMS). Así pues, para calcularla sólo basta conocer el diámetro del cilindro (D), la carrera del mismo (c) y el número de cilindros (N), midiéndose usualmente dicho volumen en Europa en centímetros cúbicos (cc ó cm3).

Sin embargo, también hay que tener en cuenta otro volumen característico de cualquier motor, que el volumen de la cámara de combustión (Vcc), que puede definirse como volumen final que ocupa la mezcla aire-gasolina (o simplemente aire en los diésel, aunque a partir de ahora vamos a pensar en sólo motores gasolina) cuando se comprime. Dependiendo del motor, esta cámara se encuentra tallada en la propia culata, en la cabeza del pistón o en ambos.

La cilindrada y la relación de compresión

Uno de los parámetros más característicos de un motor es la relación de compresión (Rc), de la cual ya hemos hablado en varias ocasiones en Diariomotor. Matemáticamente la relación de compresión se define como la suma de la cilindrada y el volumen de la cámara de combustión partido entre este último parámetro. Una forma más intuitiva de verlo es pensando que indica cuánto se comprime el aire que entra en el cilindro desde el final del tiempo de admisión cuando el pistón está en el PMS hasta el final de la fase de compresión cuando el pistón llega al PMS. Así pues, la relación de compresión se expresa formalmente como Rc:1, aunque de una forma más relejada se indica simplemente como RC, y es una magnitud adimensional.

Una relación de compresión típica en un motor de gasolina está en el entorno de 10, un poco menos en propulsores “más mundanos”, un poco más en los más sofisticados y prestacionales. En los diésel la situación es diferente, siendo valores típicos 16 – 18.

Una relación de compresión alta indica que se alcanzan altas presiones en el ciclo de funcionamiento del motor, existiendo el riesgo de que se produzcan autodetonaciones de la mezcla aire-gasolina antes de alcanzar el punto de encendido, las cuales se oponen a la carrera ascendente de compresión, provocando daños en el pistón, cilindros, culata o incluso bielas, conociéndose este fenómeno como picado de biela. Para evitarlo, en vehículos con alta relación de compresión, normalmente superior a 10, se emplea gasolina de 98 octanos, ya que cuento mayor sea el octanaje, mayor es su poder antidetonación.

Sin embargo, la información más valiosa que podemos extraer de la relación de compresión es el rendimiento térmico teórico del motor, lo que da idea de cuánto aprovecha la energía del combustible, si ese motor se puede perfeccionar más, si tendrá mucho consumo, etcétera.

No obstante, observando la gráfica adjunta donde se representa cómo varía el rendimiento en función de la relación de compresión, cabe citar algunas puntualizaciones:

• Se trata, como hemos dicho, de un rendimiento teórico, y no real del motor, pues para una Rc de 10 ya se mueve en el 60 %, cuando el rendimiento real de un motor gasolina oscila en el 30 % y en uno diésel en el 35 %.

• Al tratarse de una función asintótica cuyo crecimiento decae rápidamente, no merece la pena desarrollar motores con muy altas relaciones de compresión (superiores a 18), pues los costes que ello implica son mayores al rendimiento obtenido. Por ejemplo, pasar de una Rc de 8 a 14 implica aumentar el rendimiento del 56 % al 65 %, pero hacerlo de 18 a 25 sólo supone escalar del 69 % al 72 %.

La cilindrada y la potencia

La potencia de un motor es la cantidad de energía que entrega en la unidad de tiempo, que en un motor se calcula como el producto del par motor por el régimen de giro, aunque ambas magnitudes ya las explicamos con mayor detenimiento en otro artículo.

Por tanto, es lógico pensar que la potencia depende del par y del régimen de giro (las revoluciones), cosa que es cierta, pero también depende de otros factores, los cuales podemos enumerar en cuatro, aunque están muy relacionados entre sí:

Régimen de giro: es la velocidad a la que gira el cigüeñal, por tanto, cuanto más rápido gire, más ciclos se completarán en el mismo tiempo, y la potencia será mayor. Es por eso que en una curva de potencia de un motor el máximo suele estar en la parte alta, un poco antes del régimen máximo de giro debido a las pérdidas por bombeo y rozamiento que se dan a tan altas vueltas.

Llenado de los cilindros: la forma en la que se llena de aire los cilindros es esencial, y sobre todo, cuánto aire entra. Recordemos que en un motor gasolina, dejando atrás mezclas estratificadas, combustiones parciales y “demás historias”, trabaja con una proporción fija de 14,7 partes de aire por una de gasolina (en masa), y que recibe el nombre de mezcla estequiométrica. Esto quiere decir que cuanto más aire entre, más oxígeno habrá, y por tanto mayor cantidad de combustible se inyectará, dando lugar a una explosión que libera más energía y ejerce una mayor fuerza sobre el cilindro, siendo así mayor el par motor.

Por tanto, es la presión de admisión el factor más significativo en la potencia que desarrolla un motor, de forma que un motor que recurra a la sobrealimentación, bien por turbocompresor o compresor volumétrico, consigue aumentar la presión de admisión, introduciendo más aire en los cilindros al incrementar la densidad de ese aire, jugando también un papel clave la temperatura de admisión (cuanto más caliente esté el aire menor será la potencia al ser menor la densidad).

Cilindrada: de lo anterior se deduce que cuanto mayor se la cilindrada, mayor cantidad de aire entrará en los cilindros, y por tanto, mayor será la potencia. Es cierto, y de hecho, esta es la forma en la que en los albores de la automoción se conseguían motores más potentes, pues la más fácil técnicamente de incrementar la potencia, pero no la más efectiva ni interesante.

• Finalmente, también cabe mencionar otros factores que son menos significativos, pero que también influyen. Entre ellos nos encontramos con la propia forma de la cámara de combustión, que hará que el frente de llama y la explosión tenga lugar de una forma u otra, la presión de inyección, el punto de encendido e inyección, los rozamientos mecánicos del motor, las pérdidas por bombeo, la capacidad de evacuar calor… toda esta serie de factores bien optimizados son los que hoy día marcan la diferencia y consiguen "ese 10 % extra de potencia y tres décimas menos de consumo".

La cilindrada y los impuestos

Para terminar toca hablar de la relación que guarda la cilindrada con los impuestos, porque sí, también la hay. Tradicionalmente se ha asociado un coche de alta cilindrada a un vehículo potente, pues como hemos dicho, era la forma más fácil de crear un motor con mayor potencia, y por tanto lujoso y también con un alto consumo y emisiones. Por ello, el impuesto de matriculación tributaba en función de la misma.

Sin embargo, eso cambió, pues con la popularización de los motores turbo, un vehículo con un motor de dos litros podía ser mucho más potente, lujoso y contaminante que un tres litros, y se recurrió a las emisiones de CO2 por kilómetro para establecer los diferentes tramos de este impuesto.

No obstante, aún queda un impuesto que sí se abona en función de la cilindrada, se trata del llamado impuesto de circulación, también conocido como la viñeta o numerito, aunque su nombre correcto el Impuesto de Vehículos de Tracción Mecánica, el cual depende formante de la potencia fiscal.

La potencia fiscal, que se mide en caballos fiscales (CFV), queda definida en el Anexo V del Reglamento General de Vehículos en función de la cilindrada, el número de cilindros y de si se trata de un motor de dos o cuatro tiempos.

donde T toma el valor de 0,08 si es un motor de cuatro tiempos y 0,11 si es de dos tiempos, C es la cilindrada en cm3 y N el número de cilindros.

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