UNIDAD III MOTORES DE COMBUSTIN

INTERNA

3.1 CLASIFICACIN DE LOS MOTORES DE COMBUSTIN

INTERNA.

Un motor de combustin interna, motor a explosin o motor a pistn,es un tipo de mquina que obtiene energa mecnica directamente dela energa qumica de un combustible que arde dentro de la cmara decombustin. Su nombre se debe a que dicha combustin se producedentro de la propia mquina.

Se clasifican en:

EL MOTOR DE EXPLOSIN CICLO OTTO, cuyo nombreproviene del tcnico alemn que lodesarroll, Nikolaus August Otto, es el motorconvencional de gasolina, aunque tambin se loconoce como motor de ciclo Beau de Rochas debido alinventor francs que lo patent en 1862.

EL MOTOR DISEL, llamado as en honor del ingenieroalemn nacido en Francia Rudolf Diesel funciona conun principio diferente y suele consumir gasleo.

LA TURBINA DE GAS.

EL MOTOR ROTATORIO.

CLASIFICACIN POR EL CICLO

De dos tiempos (2T): efectan una carrera til de trabajo en cada giro.

De cuatro tiempos (4T): efectan una carrera til de trabajo cada dos giros.

Existen los disel y gasolina, tanto en 2T como en 4T.

3.2 MOTOR OTTO

El motor cclico Otto, cuyo nombre proviene del tcnico alemn que loinvent, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina que seemplea en automocin y la gran mayora de los motores endotrmicos queson a cuatro tiempos y su funcionamiento comprende las fases siguientes:

PRIMER TIEMPO: ADMISIN

Es cuando el pistn baja desde el punto muerto superior hasta el punto muertoinferior aspirando la mezcla (aire + combustible). La vlvula de admisin se abreantes de iniciarse la carrera para que pase la mezcla, cerrndose despus de lacarrera. En este tiempo el cigeal ha girado media vuelta.

SEGUNDO TIEMPO: COMPRESIN

En el tiempo de compresin las vlvulas estn cerradas. El pistn vuelve asubir, comprimiendo la mezcla hasta el punto muerto superior. En esteinstante, el volumen de la carga queda reducido a una fraccin del volumen yel cigeal ha girado media vuelta.

TERCER TIEMPO: COMBUSTIN Y EXPANSIN

En este tiempo se produce el encendiendo de la mezcla por medio de unachispa elctrica o tambin el encendido espontaneo del combustibleinyectado en la cmara de combustin, y por consecuencia aumenta latemperatura y la presin, por lo que los gases de combustin se expandenempujando hacia abajo el pistn al punto muerto inferior. Mientras lavlvula de escape antes de completarse la carrera empieza abrirse y losgases empiezan a salir y el cigeal ha girado otra media vuelta y producetrabajo.

CUARTO TIEMPO: ESCAPE En este cuarto tiempo el pistn vuelve a subir al punto muertosuperior, expulsando los gases por la vlvula de escape, al llegar aeste punto se cierra la vlvula de escape y se abre la admisincomenzando un nuevo ciclo, y por ltimo el cigeal gira otramedia vuelta.

3.3 MOTOR DIESEL

El motor disel es un motor trmico quetiene combustin interna alternativo que se produce porel autoencendido del combustible debido a altastemperaturas derivadas de la compresin del aire en elinterior del cilindro, segn el principio del ciclo deldisel

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DISEL

A diferencia del motor de gasolina, el motor disel funciona por autoencendido. Por el proceso de compresin se calienta el aire aspirado en los cilindros a una temperatura de entre 700 y 900 C aproximadamente, lo cual provoca un encendido automtico al inyectar combustible. Por lo tanto, un motor disel necesita una mayor compresin (relacin de compresin 20-24:1) y una estructura ms estable que el motor de gasolina. Para alcanzar la temperatura necesaria incluso en condiciones de funcionamiento adversas (arranque en fro o helada), deber aplicarse ms calor a la cmara de combustin..

CICLO DIESEL

El ciclo diesel difiere del ciclo Otto en que la combustin tiene lugaren este ltimo a volumen constante en lugar de producirse a unapresin constante. La mayora de los motores disel son asimismo delciclo de cuatro tiempos, salvo los de tamao muy grande, ferroviarioso marinos, que son de dos tiempos. Las fases son diferentes de las delos motores de gasolina.

Los motores disel grandes de 2T suelen ser motores lentos con velocidadesde cigeal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min) (grandesbarcos), mientras que los motores de 4T trabajan hasta 2.500 rpm (camionesy autobuses) y 5.000 rpm. (automviles)

TIEMPOS DEL CICLO DIESELEn la primera carrera, la de admisin, el pistn sale hacia fuera, y se absorbe aire hacia la cmara de combustin. En la segunda carrera, la fase de compresin, en que el pistn se acerca. el aire se comprime a una parte de su volumen original, lo cual hace que suba su temperatura hasta unos 850 C

Al de la fase de compresin se inyecta el combustible a granpresin mediante la inyeccin de combustible con lo que seatomiza dentro de la cmara de combustin, producindose lainflamacin a causa de la alta temperatura del aire. En latercera fase, la fase de trabajo, los gases producto de lacombustin empujan el pistn hacia fuera, trasmitiendo lafuerza longitudinal al cigeal a travs de la biela,transformndose en fuerza de giro par motor. La cuarta fase es,al igual que en los motores Otto, la fase de escape, cuandovuelve el pistn hacia dentro.

3.4 SISTEMAS AUXILIARES

Sistema mecnico de inyeccin:

Este sistema de inyeccin para combustibles lquidos, utilizado comnmente enlos motores Diesel, es un sistema de inyeccin a alta presin (en el orden de los200 Kg/cm2).

Sirve para inyectar, de acuerdo a la secuencia de encendido de un motor, ciertacantidad de combustible a alta presin y finamente pulverizado en el ciclo decompresin del motor, el cual, al ponerse en contacto con el aire muy caliente,se mezcla y se enciende producindose la combustin.

Este sistema consta fundamentalmente de una bomba de desplazamientopositivo con capacidad para inyectar cantidades variables de combustible dadapor un diseo especial de los mbolos y con un mbolo por inyector o cilindro delmotor. El otro componente importante es el inyector propiamente dichoencargado de la inyeccin directamente en la cmara de combustin (inyeccindirecta) o en una cmara auxiliar (inyeccin indirecta).

SISTEMA DE ENFRIAMIENTO

La mayora de los autos en la actualidad cuentan con motores con

sistemas de enfriamiento por agua (algunos como el VW Sedn es enfriadopor aire). Estos sistemas se encargan de enfriar un lquido refrigerante yhacerlo circular dentro del block y la cabeza del motor para enfriarlo ymantenerlo en una temperatura que le permita operar como debe.

Estos sistemas se componen de una bomba (bomba de agua), un radiador, undepsito de exceso, el sistema de circulacin y, por supuesto, del lquidoanticongelante.

Al principio, los sistemas de enfriamiento utilizaban agua comn para enfriarlos elementos; sin embargo, sta es corrosiva y sus puntos de congelacin (0C)y de ebullicin (100C) permiten la congelacin y ebullicin del agua endeterminadas condiciones.

No slo es imposible hacer fluir hielo por el sistema de enfriamiento, sino que elagua al congelarse se expande causando an ms dao al sistema. Este lquidolleva el punto de congelacin de 0C a -37C o hasta -55C, dependen do de sise trata de una mezcla de 50% anticongelante y 50% agua o de una mezcla 70/30de los mismos lquidos.

Las propiedades antiebullentes de estos lquidos los llevan a tener unetemperatura de ebullicin de 106C a 113C dependiendo de si se trata de unamezcla 50/50 o 70/30.

Ya sabiendo de qu se trata el elemento lquido en nuestro sistema deenfriamiento, podemos hablar de los dems componentes.

SISTEMAS DE ENCENDIDO

Este sistema provee la energa elctrica necesaria para producir el encendido de la mezcla combustible.

Su importancia radica en que su presencia garantiza el inicio de la combustin en los motores que funcionan bajo el principio del ciclo Otto, produciendo una chispa que enciende la mezcla combustible.

La funcin principal es la de convertir energa elctrica de baja tensin enalta tensin y distribuirla a cada uno de los cilindros del motor.

Consta bsicamente de: un generador de corriente o batera, un arrollamiento primario, un interruptor mecnico, un condensador, arrollamiento secundario, un distribuidor y bujas.

MOTORES DE PROPULSIN A CHORRO

La propulsin es un sistema capaz de imprimir velocidad creciente oaceleracin a un cuerpo, mediante un dispositivo que expele materia(denominado motor cohete). El concepto propulsin puede ser usado conotras muchas palabras, tales como: chorro de cohete o nave espacial, de estaforma se tiene propulsin a chorro, propulsin de cohetes, o propulsinde nave espacial etc.

La propulsin a chorro tiene como principio bsico la presurizacin de unrecipiente el cual contiene algn elemento llamado masa reactiva, mismaque como su nombre lo indica reacciona a la impresin o aplicacin deenerga.

Existen diversas aplicaciones sobre la propulsin a chorro, aunque por las proporciones de la misma, la energa que se imprime y el resultado que nos da, pasan desapercibidas en nuestras vidas diarias. Por ejemplo una cerbatana, una olla de vapor, artculos en aerosol, etc.

Para generar una gran cantidad de impulso por segundo, se debe emplear una gran cantidad de energa por segundo. De esta forma un motor altamente eficiente requiere grandes cantidades de energa para proporcionar grandes cantidades de empuje. Como resultado, la mayora de los motores se disean para proporcionar bajos niveles de empuje.

Un motor de este tipo se puede concebir como una caja negra a la que se lemete por un lado unos gases (aire en nuestro caso) a una velocidad v0 y salenestos gases (un poco cambiados) por el otro lado a una velocidad v0 + Vadicional= vs . Es decir, hemos cogido unos gases y les hemos comunicado unavelocidad, hemos cambiado su cantidad de movimiento.

3.7 Rendimientos, potencia y seleccin

Un motor de combustin interna es una mquina que transforma energa mediante el siguiente proceso:

Energa qumica ------ Energa trmica ----- Energa mecnicaCombustible ------ Combustin ----- Desplazamiento del pistn

La energa contenida en el combustible se transforma en calor mediante la combustin. De este modo, al aumentar la temperatura de los gases, hacemos que aumente la presin dentro del cilindro (los gases aumentan de volumen al subir de temperatura y viceversa); lo que hace que mueva el pistn, obtenindose energa mecnica.

La ecuacin para calcular el balance de rendimiento (al que llamamos ) es sta:

Energa obtenida = ______________ . 100 (%)Energa aportada

El rendimiento del motor ser mayor cuanto menos sean las prdidas durante la transformacin.

Prdidas de energa

- Prdidas de calor: Producidas por el sistema de refrigeracin, la radiacin de calor al exterior y los gases de escape.

- Prdidas mecnicas: Rozamiento de piezas en movimiento y accionamiento de dispositivos auxiliares (bomba de agua, bomba de aceite, etc.).

- Prdidas qumicas: Motivadas por una combustin incompleta (mala carburacin, mal reglaje de vlvulas, etc.).

Tipos de rendimiento

- Rendimiento trmico: El rendimiento trmico ser mayor cuanto ms alta sea la temperatura alcanzada y menores sean las prdidas de calor.

Las prdidas de calor a travs de los gases de escape suponen el 35% en los motores Otto y el 30% en los motores Diesel:

Por el sistema de refrigeracin se evacua aproximadamente el 30% del calor en ambos motores.

Del 100% de la energa calorfica que posee el combustible, los motores de combustin interna slo son capaces de transformar entre el 35% y el 50%. Preocupante, verdad?

- Rendimiento de motores Otto: de 35% a 40%.- Rendimiento de motores Diesel: de 40% a 50%.

Rendimiento mecnico

Se podra expresar como la relacin que existe entre la potencia efectiva que se obtiene en el eje del motor y la potencia indicada que se obtiene en el diagrama de trabajo, el cual expresa el trabajo interno obtenido dentro del cilindro y en el que no intervienen las prdidas mecnicas.

El conjunto de prdidas mecnicas supone entre un 10% y un 15%.

Rendimiento efectivo

Balance final de prdidas:

Motores Otto:- Prdidas trmicas: 60% - 65%- Prdidas mecnicas: 10% - 15%- Total prdidas: 70% - 75%- Rendimiento efectivo: 25% - 30%

Motores Diesel- Prdidas trmicas: 50% - 60&- Prdidas mecnicas: 10% - 15%- Total prdidas: 60% - 70%- Rendimiento efectivo: 30% - 40%

Rendimiento volumtrico

Se puede definir como la eficacia con que se logra llenar el cilindro. Se expresa como la relacin entre la masa de gas que es introducida en el cilindro y la masa que tericamente cabe en el cilindro.

El llenado de los cilindros influye directamente sobre el par y, por tanto, sobre la potencia desarrollada por el motor, ya que cuanto mejor sea llenado, ms energa se obtiene de la combustin.

La presin interna del cilindro al final de la carrera de compresin es siempre inferior a la atmosfrica y est entre 0.8 y 0.9 bares. El rendimiento volumtrico mximo est entre el 70% y el 90% y depende de varios factores:

- Rgimen de giro- Las condiciones ambientales exteriores, que determinan la densidad del aire.- El diagrama de distribucin- La seccin de las vlvulas y los conductos de admisin- La eficacia de barrido de los gases quemados