Desarrollo De Unidad Uno Y Dos.docx

DESARROLLO DE UNIDAD UNO

GERMAN EDUARDO CONDE CAICEDO

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA, ELECTRÓNICA Y BIOMÉDICA INGENIERÍA MECÁNICA NEIVA 2019

DESARROLLO DE UNIDAD UNO

GERMAN EDUARDO CONDE CAICEDO

Documento final de trabajo de clases

Director JUAN MANUEL BAYONA ARENAS INGENIERO – MAGISTER

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA, ELECTRÓNICA Y BIOMÉDICA INGENIERÍA MECÁNICA NEIVA 2019

Contenido 1.UNIDAD 1 ............................................................................................................. 5 1.1. Definición:...................................................................................................... 5 1.2. Historia .......................................................................................................... 5 1.3. Clasificación: ................................................................................................. 9 1.4. Principio de funcionamiento y parámetros básicos ..................................... 14 1.5. Tendencias modernas en los motores de los vehículos: ............................. 14

TABLA DE ILUSTRACIONES 1. Maquina vapor. .................................................................................................... 5 2. Máquina para trabajar a una velocidad constante ............................................... 6 3. Plantas nucleares ................................................................................................ 7 4. Apolo XXI ............................................................................................................. 8 5. Motores de combustión interna y externa ............................................................ 9 6.clasificación según la posición de los cilindros ................................................... 10 7. clasificación según el sistema de refrigeración .................................................. 10 8. Clasificación por forma de admisión .................................................................. 11 9. Tipos de forma de distribucion ........................................................................... 11 10. Clasificación por el número de cilindro ............................................................ 12 11. Clasificación por su funcionamiento ................................................................. 12 12. Clasificación según la posición del motor ........................................................ 13 13. Clasificación según su tipo de inyección .......................................................... 13 14. Clasificación según su tipo de inyección .......................................................... 14

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1.UNIDAD 1 1.1. Definición: Los motores son artefactos cuyo propósito principal es brindar la energía suficiente a un conjunto de piezas para que estas tengan un funcionamiento adecuado y la máquina que componen pueda realizar sus actividades. Normalmente, estos funcionan con algún tipo de combustible, que puede ser natural o procesado industrialmente y se valen de la conversión de energía en otro tipo de energía con muchas más posibilidades de ser utilizada. (CONCEPTODEFINICION, 2019) 1.2. Historia Todo comenzó cuando la máquina de vapor marco el comienzo de la revolución industrial libero a la humanidad dependiente de fuentes primarias como como el viento el agua y el musculo las máquinas de vapor se usarían para impulsar maquinarias de fábricas, trenes, barcos, tractores y automóviles. El primer medio de transporte que utilizo la humanidad fueron los animales cuando se inventó la máquina de vapor pudimos mover más volumen más rápido y de forma más segura que cuando se hacía con animales eso fue un cambio enorme la gente se sentía menos atada a las pequeñas ciudades podían vivir en el campo y seguir conectados con la cuidad.

1. Maquina vapor.

En un motor de embolo el vapor entra por un extremo en el cilindro y lo empuja hacia atrás luego entra por el otro extremo empujándolo hacia el lado contrario el vapor se genera en una caldera un recipiente metálico donde se calienta el agua usando madera carbón aceite o gas natural como combustibles una turbina de vapor es como un molino con la diferencia de que sus aspas son movidas por vapor a alta presión en lugar de viento aun hoy las turbinas de vapor son muy utilizadas de hecho se emplean para generar la mayor parte de la electricidad que consumimos el científico griego Herón de Alejandría construyo la primera máquina de vapor del 5

mundo hace unos 2000 años básicamente se trataba de una esfera metálica con dos boquillas opuestas cuando se introducía vapor en la bolla esta daba vueltas pero aun expuso su invento en el serapeum un museo de Atenas donde entretuvo a los visitantes durante años aunque solo fue considerado un juguete interesante en 1705 dos ingenieros británicos tomas avery y Thomas Newman crearon una gran máquina de vapor que podía utilizarse para bombear el agua de las minas de carbón inundadas empleaba un embolo que subía y bajaba dentro de un cilindro hueco y estos primeros motores no tenían el engranaje necesario para convertir el movimiento de vaivén en otro de impulso rotatorio eso no sucedió hasta la década de 1770 Cuando james watt desarrollo la máquina de vapor más famosa del siglo 18 james Ward un profesor de la universidad de Glasgow invento varias mejoras haciéndola mucho más práctica para mover maquinaria su regulador centrifugado de bolas expandía controlaban el movimiento del vapor en el cilindro, mantenían un movimiento uniforme irregular. Impulsaban las máquinas de las fábricas, 1830 los barcos de vapor atravesaban el Atlántico, con una rueda de vapor que redujeron el tiempo para recorrer grandes distancias. En 1860 había 50 mil kilómetros de vías en estados unidos, en Norteamérica las locomotoras 440 eran impulsadas con 4 ruedas conductoras y 4 motrices, pesaban 50 toneladas. La aplicación era agrícola, la máquina de vapor aceptaba cualquier combustible la cual transformaron la agricultura a finales del siglo 19. York College desarrolló la más importante máquina de vapor, el nuevo sistema de regulación lo permitía trabajar a velocidad constante ideal para trabajar en la industria textil.

2. Máquina para trabajar a una velocidad constante

Se instaló en un bólido de azúcar al sur de california en 1911 durante 67 años impulsó para obtener azúcar de remolacha. Con esta máquina obtenía luz y energía y la fuerza necesaria para la centrifugadora para extraer la pulpa de azúcar de la remolacha. A finales de 1800 una máquina de vapor sin pistones fue fabricada por Charles Parsons de Gran Bretaña y Card le Bal de Suecia. Las turbinas que usan la presión de vapor para hacer girar las aspas de un rotor permiten temperaturas superiores y una mayor expansión del vapor q implica más potencia. 6

Actualmente portaviones y submarinos de la marina de EEUU son propulsados con turbinas de vapor nuclear.

3. Plantas nucleares

La transferencia de calor es un proceso lento y en las máquinas de vapor transferir el calor desde un fluido caliente concretamente gases de combustión al fluido q realmente produce la potencia el vapor. Se advirtió que utilizando motores de combustión interna en los que el fluido que se expande y genera el calor es el mismo, la mezcla carburante se obtenía más potencia con un motor más pequeño. En el siglo 19 existían explosiones por las calderas. Stirling desarrollo un motor nuevo en 1816 eran de baja presión y en su interior no había nada a alta presión, este motor contenía una parte caliente y enfriando otra. En su interior hay un mecanismo que hace circular el aire del lado caliente y del frío, cuando está en el aire caliente se expande empujando el pistón y en el lado frio se contrae tirando del pistón. Los metales utilizados en el siglo 19 no aguantaban la alta temperatura de la llama continua que es el cilindro. El motor eléctrico funciona con un principio llamado campo electromagnético, usando la fuerza magnética para crear un campo magnético. La corriente pasa por el campo magnético y por la bobina haciendo que gire. 1824 patentó la corriente continua 1888 patentó la corriente alterna. En 1894 se fabricó el motor de corriente alterna, equiparon en las máquinas de combustión interna. En 1912 se impuso el motor de combustión interna con la adición de un eléctrico que se llamó motor de arranque. Dar el primer impulso a los pistones. En 1972 instalo motores eléctricos en los ascensores de los rascacielos. En 1860 se diseñó el primer motor de combustión interna, 1876 Nicolau Soto patentó el primer motor de 4 tiempos de combustión interna. Hay un pistón dentro de un cilindro, una biela y un cigüeñal como sencillo mecanismo para convertir el movimiento de subida y bajada en el sistema de transmisión. En 1892 Rudolf Diésel patentó el motor Diésel, que no tiene bujías y aspira aire en el tiempo de bajada, luego comprime en la subida lo cual hace que se caliente y al momento de inyectar combustible, la mezcla del aire y del combustible arde. Durante la guerra se produjo millones de motores de todo tipo de tamaño para tanques, aviones, automóviles. Los sistemas de control de contaminación presentado por los fabricantes redujeron las emisiones, pero eran 7

menos potentes, ya que les quitaban la libertad para respirar. El inventor alemán Félix Bank inventó un diseño nuevo y sencillo en 1924 pero hasta 1957 no se construyó el motor rotativo bank. En la cual reducía la vibración. El motor rotativo no tiene válvulas de admisión o escape ni árbol de levas. Solo hay 2 partes móviles los 2 rotores. En el 1941 el mundo al entrar en guerra aparece un avance tecnológico llamado reactor. El motor de reacción es una turbina de gas, la rápida expulsión de los gases de escape por la parte de atrás proporciona el impulso. EL compresor y la turbina comprimen los gases para suministrar el flujo a alta presión que es necesaria expulsar y la turbina suministra la energía necesaria para accionar el compresor, la restante es para la impulsión. En el 1941 Alemania comenzó con un avión a reacción. Han evolucionado hasta tener los aviones de hoy en día. Un cohete es lo mismo que un motor de reacción, con diferencia que lleva su propio suministro de oxígeno para la combustión, los aviones toman el oxígeno del aire y los cohetes obtiene del tanque que llevan a bordo. En el 1957 se lanzó el sputnick y apolo XXI en 1969.

4. Apolo XXI

Los motores consumen 250 mil litros de hidrógeno líquido por minuto, son móviles y proporcionan un empuje adicional durante el lanzamiento. Complementando a los 2 cohetes propulsores que caen al mar tras el despegue. Los nuevos avances implican la creación de nuevos motores nano, se usa para construir motores diminutos. Los diminutos motores a reacción funcionan igual que el de un avión. Los motores microtecnológicos tienen engranes del tamaño del polen. Kelly inventó la molécula motora. Los motores híbridos es el futuro para reducir las emisiones. El motor hibrido impulsa el vehículo hasta los 25 kilómetros por hora luego entra el de gasolina. No hay que enchufarse en lugares de recarga por lo hacen cuando están en movimiento, toma la energía de las ruedas y a través del motor vuelve a la batería con el frenado regenerativo, el coche desacelera usando su motor eléctrico como un generado. Crea una resistencia a la tracción y carga a la batería. BMW en el año 2000 presentó el primer auto que puede usar hidrógeno o gasolina cuando se cambia a modo que hidrógeno lo que sale es vapor de agua, pero el hidrógeno tiene un precio. 8

1.3. Clasificación: Clasificación de los Motores Térmicos:  Motores de combustión externa:  Alternativos:  Máquinas de vapor  Rotativos:  Turbinas de vapor.  Motores de combustión interna:  Alternativos:  Motores de explosión (gasolina)  Motores de combustión (gas-oil)  Rotativos:  Turbinas de gas  Motor Wankel de explosión

5. Motores de combustión interna y externa

También se pueden clasificar por la posición de los cilindros:     

Horizontales Verticales En línea En V Opuestos 9

6.clasificación según la posición de los cilindros

Por el sistema de refrigeración:

7. clasificación según el sistema de refrigeración

Por la admisión de aire o mezcla:  Atmosféricos  Turboalimentados  Con intercambiador de calor o intercooler 10

8. Clasificación por forma de admisión

Por el mando de distribución

9. Tipos de forma de distribucion

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Por el número de cilindros:

10. Clasificación por el número de cilindro

Por el ciclo de funcionamiento:

11. Clasificación por su funcionamiento

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Por su colocación en la maquina o vehículo:

12. Clasificación según la posición del motor

Estos motores pueden ser a su vez:    

Inyección directa: el gas-oil se inyecta directamente al cilindro. Indirecta: se inyecta en una cámara anexa. TDI: cuando lleva inyección directa y además es turboalimentado. HDI: inyección directa, pero usando el sistema de inyección monorraíl (“common-rail”) de alta presión.

13. Clasificación según su tipo de inyección

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Clasificación de los Motores de Explosión (Gasolina)  Por el encendido:  Platinos.  Encendido electrónico.  Carburación  Inyección de gasolina:  Monopunto.  Multipunto.  De control electrónico

14. Clasificación según su tipo de inyección

1.4. Principio de funcionamiento y parámetros básicos

1.5. Tendencias modernas en los motores de los vehículos: Los automóviles que equipan motores de combustión interna tienen un considerable potencial de mejora en sus consumos y emisiones. Por un lado, por la optimización tecnológica del propio propulsor, aumentando su eficiencia y minimizando las pérdidas de energía. (Interempresas, 2018)  Hibridación El concepto de aunar un motor de combustión con uno eléctrico y un sistema de recuperación y almacenamiento de energía, se ha mostrado muy válido para reducir los consumos y las emisiones; y seguirá vigente en la próxima década. Los motores de combustión irán evolucionando para armonizarse con el sistema híbrido y para seguir optimizando su funcionamiento. (Interempresas, 2018) 14

 Hibridación ‘suave’ de 48 voltios La hibridación de 48 voltios permitirá hibridar todo tipo de motores con una relación coste-beneficio muy favorable. Las simulaciones de consumo y emisiones bajo ciclo WLTC completadas por Schaeffler muestran que un híbrido nivel 0 –el más sencillo técnicamente- logra un ahorro del 3,8% en consumos y emisiones (respecto a un microhíbrido de 12 voltios, con alternador inteligente y función start&stop) con un motor eléctrico de polos asíncronos o de polos intercalados; y de un 6,6% con motor eléctrico síncrono de imanes permanentes. (Interempresas, 2018)  Distribución completamente variable Uniair Estos elementos optimizan el proceso de combustión y reducen el consumo de combustible y las emisiones. Schaeffler produce en masa el sistema de distribución variable UniAir desde 2009, con más de tres millones de unidades producidas y una optimización constante. También se ha desarrollado una variante del sistema que se puede integrar fácilmente en motores ya existentes. Es importante que el motor, en general, y la turboalimentación estén adaptados a los requisitos del tren de válvulas completamente variable. Con estas premisas, el sistema UniAir reduce en un 8,4% el consumo y las emisiones en el ciclo de pruebas WLTC. (Interempresas, 2018)  Gestión térmica Para maximizar la eficiencia de los sistemas de propulsión futuros, es necesario optimizar el balance térmico de todo el sistema y de sus componentes individuales; y controlar los flujos de calor. Todo lo aprendido en los flujos de calor de los vehículos híbridos se empleará en el diseño de sistemas predictivos, que consigan que todos los elementos del vehículo funcionen a la temperatura adecuada, y reciban calor o frío según las necesidades de cada momento. (Interempresas, 2018)  Reducción de la fricción Reemplazar los cojinetes del cigüeñal por rodamientos, algo que ya se está trabajando con Ford. Con el simple hecho de instalar un rodamiento en el primer apoyo del cigüeñal, el más alejado del volante motor, se ha conseguido una reducción del 1% del consumo de combustible. (Interempresas, 2018)  Distribución variable eléctrica Estos sistemas permiten sincronizar las válvulas para adaptarse a todas las condiciones de uso del motor. Durante una secuencia de inicio/parada o cuando el vehículo circula por inercia (sailing), este sistema puede preparar el motor de combustión por adelantado para su posterior reinicio. Gracias a ello, se requiere de menos par, fricción y desgaste. Otros beneficios del actuador eléctrico del árbol de levas son: un rango de temperaturas de uso más elevado, actuaciones más rápidas 15

y precisas, y disminución de la carga de trabajo de la bomba de aceite. Gracias a todo ello, se consigue una reducción de los consumos y emisiones de un 2%. (Interempresas, 2018)  Desconexión de cilindros Los motores de tres y cuatro cilindros también pueden beneficiarse de esta funcionalidad, que ayuda a reducir las emisiones de CO2. El eRocker es un sistema electromecánico de sencilla integración que permite la desconexión selectiva de cilindros para reducir los consumos y emisiones. Schaeffler también ha desarrollado volantes bimasa y embragues con péndulos centrífugos para mitigar las vibraciones torsionales que produce la desconexión de cilindros. (Interempresas, 2018)  E-Clutch o embrague electrónico Para aprovechar las oportunidades que ofrecen las nuevas tecnologías en la reducción de consumo de combustible y CO2, es necesario automatizar el embrague de las transmisiones manuales. Gracias a ello se podrán efectuar estrategias de ahorro como el “coasting” (circular por inercia con el motor apagado), o recuperar energía en deceleraciones y frenadas gracias a un sistema de hibridación de nivel 0 o 1. Entre ambas se puede lograr una reducción del 8%. (Interempresas, 2018)  Combustibles alternativos Los combustibles alternativos ofrecen un enfoque adicional, que va más allá del diseño del motor para reducir las emisiones. El gas natural ya está disponible y alrededor de un 25% menos de CO2 que la gasolina convencional. Y a medio y largo plazo será posible sintetizar gas metano en un proceso PtG. Los motores diésel no se quedarán atrás y también se investiga en combustibles sintéticos basados en un proceso PtL (power to liquid). Si la energía primaria requerida durante su generación también proviene de fuentes renovables, como la energía eólica o fotovoltaica, combustibles pueden considerarse como de emisiones neutras de CO2. (Interempresas, 2018)  Eléctricos con más autonomía Los últimos lanzamientos de Nissan Leaf, Renault ZOE, BMW i3, Opel Ampera o Tesla Model S/X nos demuestran que los fabricantes están elevando las autonomías y las capacidades de las baterías en tanto estas van bajando de precio y mejorando su densidad de carga. Cada vez se puede llevar más capacidad en el mismo espacio, simplemente optimizando el diseño de las celdas y la gestión de la carga. Los Ampera-e y los Model S/X pueden superar los 400 kilómetros de autonomía en condiciones de uso real, empleando climatización y pasando de 90 km/h. La pega es que, inevitablemente, llevará más tiempo recargarlos, porque los amperios de entrada son los mismos. Progresivamente los eléctricos serán alternativas viables 16

para viajar, aunque ayudaría tener más electrolineras en las grandes rutas. Incluso las furgonetas y camiones pequeños podrán ser eléctricos y eliminar humo de las ciudades. (Costas, 2016)

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