Un motor térmico es una maquina térmica motora. Una maquina térmica de motor, o un motor de tipo térmico. En definitiva, es algo de motor y de temperatura, en la cual la energía del fluido que atraviesa la maquina disminuye, obteniéndose energía mecánica. Transforma energía térmica en trabajo mecánico por medio del aprovechamiento del gradiente de temperatura entre una fuente de calor y un sumidero de calor. El calor se transfiere de la fuente al sumidero y, durante este proceso, algo del calor se convierte en trabajo por medio del aprovechamiento de las propiedades de un fluido de trabajo, usualmente un gas o un liquido. Existe dos tipos de motores:
- Combustión externa:
Un motor de combustion externa es una máquina que realiza una conversión de energía calorífica en energía mecánica mediante un proceso de combustión que se realiza fuera de la máquina, generalmente para calentar agua que, en forma de vapor, será la que realice el trabajo, en oposición a los motores de combustión interna, en los que la propia combustión, realizada dentro del motor, es la que lleva a cabo el trabajo.
- Combustión interna:
Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de una cámara de combustión. Su nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la máquina en si misma, a diferencia de, por ejemplo, la máquina de vapor.
- MEP, encendido provocado por chispa, motor OTTO, de gasolina. Estos existen de 4 tiempos y de 2 tiempos
- MEC, encendido por compresion, motor diesel, de gasoil.
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| Motor 4 tiempos |
Primer tiempo
Admisión.- Al inicio de este tiempo el pistón se encuentra en el PMS (Punto Muerto Superior). En este momento la válvula de admisión se encuentra abierta y el pistón, en su carrera o movimiento hacia abajo va creando un vacío dentro de la cámara de combustión a medida que alcanza el PMI (Punto Muerto Inferior), ya sea ayudado por el motor de arranque cuando ponemos en marcha el motor, o debido al propio movimiento que por inercia le proporciona el volante una vez que ya se encuentra funcionando. El vacío que crea el pistón en este tiempo, provoca que la mezcla aire-combustible que envía el carburador al múltiple de admisión penetre en la cámara de combustión del cilindro a través de la válvula de admisión abierta.
Segundo tiempo
Compresión.- Una vez que el pistón alcanza el PMI (Punto Muerto Inferior), el árbol de leva, que gira sincrónicamente con el cigüeñal y que ha mantenido abierta hasta este momento la válvula de admisión para permitir que la mezcla aire-combustible penetre en el cilindro, la cierra. En ese preciso momento el pistón comienza a subir comprimiendo la mezcla de aire y gasolina que se encuentra dentro del cilindro.
Tercer tiempo
Explosión.- Una vez que el cilindro alcanza el PMS (Punto Muerto Superior) y la mezcla aire-combustible ha alcanzado el máximo de compresión, salta una chispa eléctrica en el electrodo de la bujía, que inflama dicha mezcla y hace que explote. La fuerza de la explosión obliga al pistón a bajar bruscamente y ese movimiento rectilíneo se transmite por medio de la biela al cigüeñal, donde se convierte en movimiento giratorio y trabajo útil.
Cuarto tiempo
Escape.- El pistón, que se encuentra ahora de nuevo en el PMI (punto muerto inferior) después de ocurrido el tiempo de explosión, comienza a subir. El árbol de leva, que se mantiene girando sincrónicamente con el cigüeñal abre en ese momento la válvula de escape y los gases acumulados dentro del cilindro, producidos por la explosión, son arrastrados por el movimiento hacia arriba del pistón, atraviesan la válvula de escape y salen hacia la atmósfera por un tubo conectado al múltiple de escape.
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| Motor 2 tiempos |
Fase de admisión-compresión
El pistón se desplaza hacia arriba (la culata) desde su punto muerto inferior, en su recorrido deja abierta la lumbrera de admisión. Mientras la cara superior del pistón realiza la compresión en el cilindro, la cara inferior succiona la mezcla de aire y combustible a través de la lumbrera. Para que esta operación sea posible el cárter tiene que estar sellado. Es posible que el pistón se deteriore y la culata se mantenga estable en los procesos de combustión.
Fase de explosión-escape
Al llegar el pistón a su punto muerto superior se finaliza la compresión y se provoca la combustión de la mezcla gracias a una chispa electrica producida por la bujía. La expansión de los gases de combustión impulsan con fuerza el pistón que transmite su movimiento al cigüeñal a través de la biela.
En su recorrido descendente el pistón abre la lumbrera de escape para que puedan salir los gases de combustión y la lumbrera de transferencia por la que la mezcla de aire-combustible pasa del cárter al cilindro. Cuando el pistón alcanza el punto inferior empieza a ascender de nuevo, se cierra la lumbrera de transferencia y comienza un nuevo ciclo.
Partes de un cilindro
Lubricación
El aceite, mezclado con la gasolina, es desprendido en el proceso de quemado del combustible. Debido a las velocidades de la mezcla, el aceite se va depositando en las paredes del cilindro, pistón y demás componentes. Este efecto es incrementado por las altas temperaturas de las piezas a lubricar. Un exceso de aceite en la mezcla implica la posibilidad de que se genere carbonilla en la cámara de explosión, y la escasez el riesgo de que se gripe el motor. Estos aceites suelen ser del tipo SAE 30, al que se le añaden aditivos como inhibidores de corrosión y otros. La mezcla de aceite y gasolina es ideal hacerla en un recipiente aparte, y una vez mezclados, verterlos al deposito.
Ventajas e inconvenientes
Ventajas
- El motor de dos tiempos no precisa válvulas de los mecanismos que las gobiernan, por lo tanto es más liviano y de construcción más sencilla, por lo que resulta más económico.
- Al producirse una explosión por cada vuelta del cigüeñal, desarrolla más potencia para una misma cilindrada y su marcha es más regular.
- Pueden operar en cualquier orientación ya que el cárter no almacena el lubricante.
Desventajas
- El motor de dos tiempos es altamente contaminante ya que en su combustión se quema aceite continuamente, y nunca termina de quemarse la mezcla en su totalidad.
- Al no quemarse la mezcla en su totalidad en el interior de la cámara de explosión y debido al barrido de los gases de escape mediante la admisión de mezcla, no se aprovecha completamente todo el combustible utilizado y esto genera un rendimiento menor. Por ello, aunque tiene una carrera de trabajo en cada vuelta de cigüeñal, a diferencia de un motor de 4 tiempos que tiene una carrera de trabajo cada dos vueltas, no alcanza a tener el doble de potencia que un motor de cuatro tiempos de la misma cilindrada.
- Al ser un motor cuyo régimen de giro es mayor, sufre un desgaste mayor que el motor de 4 tiempos.
DIFERENCIA ENTRE GASOIL Y GASOLINA
Gasoil: También llamado gasóleo o diesel, es un líquido de color blancuzco o verdoso y de densidad sobre 850 kg/m3, compuesto fundamentalmente por parafinas y utilizado principalmente como combustible en motores diesel y en calefacción. Su poder calorífico es de 8.800 kcal/kg.
Cuando es obtenido de la destilación del petróleo se denomina petrodiésel y cuando es obtenido a partir de aceites vegetales se denomina biodiésel. El diésel cuesta alrededor de la mitad menos que la gasolina y su rendimiento es más eficaz.
Gasolina: La gasolina es una mezcla de hidrocarburos derivada del petróleo que se utiliza como combustible en motores de combustión interna con encendido a chispa, así como aplicaciones en estufas, lámparas, limpieza con solventes y otras mas. La gasolina, en Argentina, Paraguay y Uruguay se conoce como nafta, en Chile como bencina.
Tiene una densidad de 720 g/L (un 15% menos que el gasoil, que tiene 850 g/L). Un litro de gasolina tiene una energía de 34,78 megajulios, aproximadamente un 10% menos que el gasoil, que posee una energía de 38,65 megajulios por litro de carburante. Sin embargo, en términos de masa, la gasolina tiene 3,5% más de energía.
Formulas
Relacion de compresion: Rc=V1/V2, siendo V1 el volumen del cilindro, y V2 el volumen de la camara de combustion.A continuacion vamos a ver unas fotos del ciclo OTTO, y del ciclo diesel:
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El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustion interna de encendido provocado (motores de gasolina). Se caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo el calor se aporta a volumen constante.
El ciclo del motor diesel lento ideal de cuatro tiempos es una idealización del diagrama del indicador de un motor Diesel, en el que se omiten las fases de renovacion de la carga, y se asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto, en general aire. Además, se acepta que todos los procesos son ideales y reversibles, y que se realizan sobre el mismo fluido. Aunque todo ello lleva a un modelo muy aproximado del comportamiento real del motor, permite al menos extraer una serie de conclusiones cualitativas con respecto a este tipo de motores. No hay que olvidar que los grandes motores marinos y de tracción ferroviaria son del ciclo de 2 tiempos.
Potencias de un motor
- Potencia indicada, Ni, es la que genera el combustible
- Potencia efectiva, Ne, se aplica al eje del motor
- Potencia perdidas, Np, se pierde en el motor
Relacion entre estas: Ni=Ne+Np
En un motor 4T, Ni=Pi · V · n/9000, siendo Pi la presion media indicada, V el volumen, n las revoluciones por minuto, rpm. Se mide en Cv o caballos.
En un motor 2T, Ni=Pi · V · n/4500
Wi=Fi x L P=W/t
El momento angular, M=r · F, sindo r el radio, y F la fuerza.
Ne=2 veces el numero pi · R · F · n /4500, en caballos, donde R es mide en metros, y F en Kg.
El momento angular, M=r · F, sindo r el radio, y F la fuerza.
Ne=2 veces el numero pi · R · F · n /4500, en caballos, donde R es mide en metros, y F en Kg.
El rendimiento es la potencia efectiva partido potencia indicada, Ne/Ni, tiene que ser menor a 1.
Cilindrada unitaria: Vu=numero pi · D2 ·C /4, C es la carrera, y D el diametro al cuadrado.
La cilindrada total, Vt es igual al numero de cilindros, Z, multiplicado por la cilindrada unitaria.
El calor es igual a la masa del combustible multiplicado al poder calorifico. Qi=Mc·Hc
Sobrealimentacion en los motores
Consiste en aumentar la potencia del motor, pero sin aumentar la cilindrada. lleva intercooler y turbocompresor. Aqui vemos un esquema:
Su funcionamiento es básico: La sobrealimentación consiste en aumentar la masa de aire (diésel) o de mezcla aire/gasolina (motor de gasolina) que entra al cilindro en la fase de admisión, aumentando su presion en el motor de combustion interna alternativo, para aumentar la fuerza de la carrera de trabajo, es decir el par motor en cada revolución y por tanto la potencia. Los sistemas de sobrealimentación se inventaron a principios del siglo XX, pero en su momento solo apareció un uso práctico en los motores de aviación, con objeto de poder compensar la pérdida de densidad del aire con la altura.
La presión que ejerce un sobrealimentador se mide en bar o en lb/pulgada cuadrada (psi). Una presión de 1 bar significa que dentro de la admisión hay una presión equivalente a la presión atmosférica. Un motor de automóvil puede llegar a tener una presión de 2 bar, o sea el doble que la presión atmosférica.
