MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

INTRODUCCIÓN

Se hablara de los motores de combustión interna en un panorama muy general pero detallando cada una de sus partes y de los procesos que han tenido y las evoluciones que se han desarrollado en este tipo de motor.

Un motor de combustión interna es cualquier tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor.

El estudio del desarrollo del proceso de combustión en los motores de combustión interna es imprescindible para poder cuantificar el máximo aprovechamiento de la energía contenida en la mezcla aire-combustible.

Sin embargo, en vista de que las reacciones químicas que suceden dentro de la cámara de combustión no son del todo completas debido a problemas inherentes al propio proceso de combustión, tales como disociación, falta de equilibrio químico, formación de especies intermedias debida a reacciones parciales de oxidación; así como también a otros factores entre los cuales se pueden nombrar: propiedades del combustible, diseño inadecuado de los sistemas de alimentación del combustible y aire que aseguren un trabajo en óptimas condiciones en todo el rango de trabajo del motor, pérdidas de calor durante las fases de combustión y expansión, deterioro del rendimiento volumétrico del motor y pérdidas por fricción; es necesario evaluar de la forma más precisa posible cual es el aprovechamiento real que se obtiene del calor producido durante el proceso de combustión.

MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor.

Hay que tener en cuenta que los motores térmicos de combustión interna deben reunir una serie de cualidades:

• Buen rendimiento, es decir que se transforme en trabajo la mayor parte posible de la energía que produce la combustión.

• Bajo consumo en relación a su potencia, es decir que nos consuma la menos cantidad de combustible, pero que esta sea aprovechada en su mayor cantidad posible.

• Gases de escape poco contaminantes, esta normativa se la está aplicando en la gran mayoría de coches, para evitar las emisiones de CO2 al medio ambiente.

• Fiabilidad y durabilidad.

• Bajo coste de fabricación y mantenimiento.

ANTECEDENTES

Desde su presencia en la Tierra, el hombre se ha movido por la superficie del planeta, primero como un nómada y después, ya establecido, para comunicarse con otros asentamientos humanos.

Los caminos y las rutas comerciales empezaron a surcar el mundo las caravanas con productos a la espalda de porteadores y a lomo de animal dejaron su huella durante muchos años. Después, con la invención de la rueda y el carro, aquellos caminos se ensancharon grandes volúmenes de mercancías comenzaron a fluir a la velocidad permitida por la tracción animal y esta historia se prolongó también por muchos años hasta la invención de la máquina de vapor y su aplicación a la locomotora.

Como ya sabemos, la máquina de vapor consistía básicamente en una caldera con agua a la que se le aplicaba el calor producido por un fogón en la parte exterior. El vapor generado por la ebullición del agua se conducía a unos grandes émbolos y su fuerza expansiva movía las ruedas de la locomotora que arrastraba así grandes convoyes.

La máquina de vapor era pues, un motor de combustión externa que rápidamente evolucionó y logró ser aplicado en los primeros intentos por sustituir al caballo en la tracción de carros. Sin embargo, no fue sino hasta el desarrollo del motor de combustión interna, que se logró integrar el concepto moderno de automóvil; un vehículo que se mueve por sí mismo, impulsado por la fuerza generada al quemar su combustible dentro del motor.

El motor de combustión interna ha conservado hasta la fecha sus características fundamentales, si bien ha sufrido en los últimos años modificaciones y refinamientos que lo han convertido en una máquina altamente sofisticada que incorpora los más avanzados sistemas de control electrónico, la mayoría de los cuales tiene por objeto el máximo aprovechamiento del combustible y la reducción consecuente de las emisiones contaminantes.

CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

Los motores de combustión interna se pueden clasificar atendiendo a diferentes aspectos:

Por la forma de iniciar la combustión:

• Motores OTTO.

• Motores DIESEL.

Por el ciclo de trabajo:

• Motores de 2 tiempos.

• Motores de 4 tiempos.

Por el movimiento del pistón.

• Motores de pistón alternativo.

• Motores de pistón rotativo.

Motor Otto

El motor convencional del tipo Otto es de cuatro tiempos, o también llamado motor de explosión o motor de encendido provocado (MEP). La eficiencia de los motores Otto modernos se ve limitada por varios factores, entre otros la pérdida de energía por la fricción y la refrigeración.

En general, la eficiencia de un motor de este tipo depende del grado de compresión. Esta proporción suele ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la mayoría de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando así la eficiencia del motor, pero este diseño requiere la utilización de combustibles de alto índice de octano. Consiguen su potencia máxima entre las 5.000 y 7.000 rpm. La eficiencia media de un buen motor Otto es de un 20 a un 25%: sólo la cuarta parte de la energía calorífica se transforma en energía mecánica.

Funcionamiento

• Tiempo de admisión - El aire y el combustible mezclados entran por la válvula de admisión

• Tiempo de compresión - La mezcla aire/combustible es comprimida y encendida mediante la bujía .

• Tiempo de combustión - El combustible se inflama y el pistón es empujado hacia abajo.

• Tiempo de escape - Los gases de escape se conducen hacia fuera a través de la válvula de escape

Figura. 1. Motor Otto

Motor diesel

En teoría, el ciclo diesel difiere del ciclo Otto en que la combustión tiene lugar en este último a volumen constante en lugar de producirse a una presión constante. La mayoría de los motores diesel tienen también cuatro tiempos, si bien las fases son diferentes de las de los motores de gasolina.

En la primera fase se absorbe aire hacia la cámara de combustión. En la segunda fase, la fase de compresión, el aire se comprime a una fracción de su volumen original, lo cual hace que se caliente hasta unos 440 ºC. Al final de la fase de compresión se inyecta el combustible vaporizado dentro de la cámara de combustión, produciéndose el encendido a causa de la alta temperatura del aire. En la tercera fase, la fase de potencia, la combustión empuja el pistón hacia atrás, trasmitiendo la energía al cigüeñal. La cuarta fase es, al igual que en los motores Otto, la fase de expulsión.

La eficiencia o rendimiento (proporción de la energía del combustible que se transforma en trabajo y no se pierde como calor) de los motores diésel dependen, de los mismos factores que los motores Otto, es decir de las presiones (y por tanto de las temperaturas) inicial y final de la fase de compresión. Por lo tanto es mayor que en los motores de gasolina, llegando a superar el 40 %. en los grandes motores de dos tiempos de propulsión naval. Este valor se logra con un grado de compresión de 20 a 1 aproximadamente,contra 9 a 1 en los Otto. Por ello es necesaria una mayor robustez, y los motores diésel son, por lo general, más pesados que los motores Otto. Esta desventaja se compensa con el mayor rendimiento y el hecho de utilizar combustibles más baratos.

Los motores diésel grandes de 2T suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min), mientras que los motores de 4T trabajan hasta 2.500 rpm (camiones y autobuses) y 5.000 rpm. (automóviles)

Figura.2 Motor Diesel

Motor de cuatro tiempos

Los motores de 4 tiempos son los más populares de la actualidad, casi en cualquier tipo de vehículo, y entre las motos se han terminado imponiendo a los motores de 2 tiempos casi en todas las disciplinas al ser más limpios y menos contaminantes.

Un motor de explosión con ciclo de 4 tiempos se compone por un cilindro, una biela, un cigüeñal, al menos dos válvulas, una bujía y muchos otros componentes que hacen que todo trabaje de forma coordinada. Para entender cómo es posible que una mezcla de gasolina y aire se convierta en movimiento te explicamos uno a uno cada uno de los 4 tiempos de este tipo de motor de combustión, o también llamado motor Otto.

El funcionamiento básico de este motor a explosión son los mismos pasos que el motor de 2 tiempos pero con más piezas y más movimientos.

• Admisión: En el primer tiempo una mezcla de gasolina y aire va a entrar en la cámara de combustión del cilindro. Para ello el pistón baja del punto superior del cilindro al inferior, mientras que la válvula (o válvulas) de admisión se abre y deja entrar esa mezcla de gasolina y aire al interior del cilindro, para cerrarse posteriormente.

• Compresión: En el segundo tiempo,

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