Motores Térmicos

MOTORES TÉRMICOS

Motores de Combustión Interna Alternativos

Introducción. Elementos Constructivos. Clasificación

Departamento de Ingeniería Energética y Fluidomecánica

Andrés Melgar Bachiller

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INTRODUCCIÓN A LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN

INTERNA ALTERNATIVOS

INTRODUCCIÓN A LOS MOTORES TÉRMICOS

MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA ALTERNATIVO

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DE LOS M.C.I.A.

CLASIFICACIÓN DE LOS M.C.I.A.

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INTRODUCCIÓN A LOS MOTORES TÉRMCOS

Definición de Motor Térmico:

 Conjunto de máquinas

 Transforma Energía Térmica en Mecánica Q  W

 Sometiendo a un fluido compresible a un ciclo termodinámico.

MOTOR TÉRMICO

Combustión Interna Combustión externa

Se aporta calor mediante un proceso

de combustión en el seno del fluido

Ciclo abierto

Se aporta el calor al fluido

mediante un sistema de

intercambio de calor

Habitualmente ciclo cerrado

Motor de combustión interna rotativo

(Wankell)

Maquina de vapor (ciclo

abierto)

Motor Stirgling (motor

alternativo) pequeña potencia

Motor de

combustión interna

alternativo:

Transporte: terrestre

y aéreo (pequeña

potencia)

Energía mecánica y

eléctrica

Turbina de

gas

Habitualmente

combustión

interna.

Aviación y

producción de

electricidad

Turbina de Vapor

Producción de electricidad

Turbina de Vapor

Turbina de Gas

Motor de Combustión Interna alternativo

0.1 kW 1 kW 10 kW 100 kW 1 MW 10 MW 100 MW 1 GW 10 GW

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MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA ALTERNATIVO

Admisión Compresión Combustión Expansión Escape

0

5

10

15

20

25

-360 -270 -180 -90 0 90 180 270 360

Ángulo (º)

Presión (bar)

Combustión

Arrastrado

Presión ambiente

Volumen

Presión

Qent

Qsal

Wsal

Went

W bombeo

MOTOR

TÉRMICO

Qent

Qsal

Went

Wsal

Foco frío: ambiente

Foco caliente: Combustión

RENDIMIENTO TERMICO DEL MOTOR

comb

amb

Carnot

ent

ent sal

ent

sal ent

ciclo T

1 T

Q

Q Q

Q

W W    







 

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CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS M.C.I.A.

El gran desarrollo de los motores de combustión interna alternativos se debe a

una serie de características entre las que se pueden destacar.

Posibilidad de poder quemar combustibles líquidos de elevado poder

calorífico (posibilidad de transportar mucha energía con muy poco peso).

 Esta característica les hace muy importantes en el campo de la automoción

ya que condiciona la autonomía del vehículo.

 Les permite competir con ventaja frente a los vehículos eléctricos los cuales

la energía almacenada en la batería pesa mucho más.

Rendimiento térmico aceptable, dependiente del tamaño del motor pero

que se mantiene bastante acotado para diferentes grados de carga y

regímenes.

 Esta característica es de gran importancia en todas las aplicaciones en las

que la potencia que se necesite no sea constante.

 Cuando esta condición junto con la autonomía son determinantes los

M.C.I.A. no tienen competidores.

 Amplio campo de potencias desde 0.1 kW hasta 32 MW

 Su campo de aplicación va desde modelismo hasta grandes motores

marinos o estacionarios.

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ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DE LOS M.C.I.A.

CILINDRO

Conduce al pistón en su movimiento y es el elemento central del sistema de

compresión.

BLOQUE DE CILINDROS Y BANCADA

Sobre el bloque se apoyan las demás partes del motor por lo que su rigidez es

esencial para el buen funcionamiento del motor.

El bloque debe poseer de conductos interiores para llevar el aceite a presión a

los diferentes cojinetes que soportan el cigüeñal así como conductos para

llevar el aceite a la culata que a su vez tiene conductos para llevar el aceite al

árbol de levas o de balancines.

CULATA

Es la pieza del motor de diseño más complejo por la cantidad de funciones y

requerimientos que debe cumplir. Puede haber una para todos los cilindros

(motores pequeños), o una para cada cilindro o par de cilindros (motores más

grandes).

La culata por lo general tiene que alojar los siguientes elementos:

 Conductos de admisión y de escape (pipas de admisión y escape): estos

conductos empalman con los colectores de admisión y escape

 Asientos de Válvula: suelen ser postizos de material duro y resistente al

choque.

 Guías de válvulas: Es la pieza sobre la cual desliza la válvula, suele ser de

aleaciones especiales y mecanizadas con gran precisión para conseguir un

buen centrado y mínimas fugas:

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 Circuitos de refrigeración: tienen que ser de tal manera que minimicen las

tensiones térmicas debidas a grandes diferencias de temperatura entre

puntos muy próximos.

 Junta de culata: sirve para evitar las fugas en la unión entre cilindro y

culata, también sirve de junta en las uniones de los conductos de agua y

aceite entre bloque y culata.

PISTÓN Y SEGMENTOS

El pistón transmite la fuerza de los gases a la biela (requerimientos de

resistencia mecánica), debe ser lo más estanco posible al paso de gases de

combustión al cárter y de aceite del cárter a la cámara de combustión, para ello

leva a su alrededor unos aros metálicos que se ajustan al cilindro (segmentos).

Por ser piezas móviles deben pesar lo menos posible y es difícil de refrigerar.

Segmentos de

estanqueidad

Segmento

Rascador

Segmento de fuego

Aceite

CIGÜEÑAL Y BIELA

Se encargan de transformar el movimiento alternativo en rotativo que

suministre un par útil. Suele estar fabricados en fundición o forjado y en

cualquiera de los dos casos posteriormente mecanizado. En algunos casos,

como en los pequeños motores de dos tiempos con barrido por cárter, el

cigüeñal consta de dos piezas unidas por un bulón sobre el que se coloca la

biela.

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VÁLVULAS

Son las encargadas de

controlar el paso de fluido por

la cámara de combustión

durante el proceso de

renovación de la carga. La

forma más común de las

válvulas es la denominada de

plato.

La válvula más solicitada es la

de escape por que la

temperatura del fluido cuando

pasa por ella es muy alta.

SISTEMA DE

DISTRIBUCIÓN

Agrupa a todos los

elementos mecánicos que

provocan la apertura y cierre

de las válvulas, debe estar

sincronizado con el

movimiento de pistón

(cigüeñal) y completa un

ciclo de funcionamiento cada

dos vueltas del motor (el

árbol de levas gira a la mitad

de revoluciones que el

cigüeñal).

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ESQUEMA GENERAL DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA

ALTERNATIVO

CÁRTER

ACEITE

CIGÜEÑAL

REFRIGERANTE

PISTÓN

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