Generalidades

PARTE I Temas 1 y 2. Generalidades 6.Historia de los motores 7.Definición y clasificación de los MCIA 8.Clasificación de los motores 9.Aplicaciones 10.Componentes de un MCIA 11.Ciclos básicos de operación de los motores 12.Diferencias entre MEP y MEC / 2T - 4T 13.Problemas o retos de los MCIA.

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PARTE I Temas 1 y 2. 5.Historia de los motores 1.1. El motor Otto: en 1876 se construyo el primer motor de 4T con los principios de Beau de Rochas (1862): - Relación superficie/volumen del cilindro lo más pequeña posible - Proceso de expansión lo más rápido posible. - Expansión la máxima posible. En 1885: 2 mejoras. Máxima presión posible al inicio de la 2. Encendido electrónico de la mezcla. expansión. 3. Carburador para vaporizar el Combustible: Gas de coque combustible. 2 Rendimiento térmico: 11%

PARTE I Motor de encendido provocado

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PARTE I Temas 1 y 2. 5. Historia de los motores 1.2. El motor Diesel: Rudolf Diesel en 1893. Basado en el principio de compresión rápida en un medio  Incrementa su energía y su temperatura. - El motor comprime aire, antes del PMS, se inyectaba aceite de maní. - Al comprimir solamente aire, se incrementaron las rc. Lo que derivó un rendimiento mayor y un menor consumo de combustible. - El motor Diesel en 1987: 17.8 CV, 154 rpm, 4 rendimiento 26.2%.

PARTE I Introducción Máquinas de desplazamiento positivo – MEC Ciclo del motor Diesel Máquinas de desplazamiento positivo – Motores HCCI Homogeneous Charge Compression Ignition Mezcla homogénea con encendido por compresión

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PARTE I Temas 1 y 2. 5. Historia de los motores 1.2. El motor Wankel: Federico Wankel 1956. Inventa un motor rotativo de encendido provocado. - Consta de un émbolo rotativo, con forma de triangulo curvilíneo. - Posee menores pérdidas por fricción (menor número de piezas móviles), menor peso y más compacto. - Presenta problemas de sellado en las cámaras de combustión, y pérdidas de calor. 6

PARTE I Temas 1 y 2. 2. Definición y clasificación de los MCIA 2.1 Un motor es una máquina de fluido. Es un conjunto de elementos que permiten intercambiar energía mecánica con el exterior, generalmente a través de un eje, por variación de la energía disponible en el fluido que atraviesa la máquina. 2.2 Un motor es una máquina de desplazamiento positivo. Existe una cantidad definida de fluido que atraviesa la máquina en cada instante. 2.3 Un motor es un motor térmico. 7 Es un conjunto de elementos mecánicos que

PARTE I Temas 1 y 2. 2. Definición y clasificación de los MCIA ¿Qué es un MCIA? Es una máquina que mediante el desplazamiento lineal de un émbolo permite obtener energía mecánica a partir de la energía térmica almacenada en un fluido a causa de un proceso de combustión interna. 2.4 Cómo se clasifican los MCIA 1. Diseño del motor: motores alternativos (en línea, en V, etc.) y rotativos. 2. Ciclo de trabajo: 4T – A spiración natural, sobrealimentados 8 y

PARTE I Temas 1 y 2. 2.4 Cómo se clasifican los MCIA 3. Combustible: Gasolina, acpm, GN, GLP, Alcoholes, H2, biocombustibles, gas pobre, etc. 4. Método de preparación de la mezcla: Carburación, inyección de combustible. 5. Método de encendido: Provocado (MEP) o por compresión (MEC). 6. Diseño de la cámara de combustión. 7. Método de control de carga: Estrangulamiento de la mezcla, control de flujo de combustible o una combinación. 8. Método de enfriamiento: Agua, aire o no 9 refrigerado.

PARTE I Temas 1 y 2. 3. Aplicaciones Vehículos (turismo)

AUTOMOCIÓN

Propulsión marina (pequeñas embarcaciones) Propulsión aérea (ultraligeros) Motocicletas

MEP ESTACIONARIO

Corta césped Sierras mecánicas Motobombas Motogeneradores

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PARTE I Temas 1 y 2. 3. Aplicaciones

Vehículos industriales y de turismo Propulsión marina

AUTOMOCIÓN

Maquinaria de obras públicas Maquinaria agrícola Propulsión ferroviaria

MEC ESTACIONARIO

Accionamiento de generadores de energía Accionamiento industrial (bombas, compresores)

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1. Ciclo de trabajo del motor de 4 tiempos Funcionamiento de un MCIA de 4 Tiempos

RCE: Retraso cierre de escape AAE: Angulo de avance de escape RCA: Retraso cierre de admisión AAA: Avance a la apertura de admisión AE: Ángulo de avance de la chispa PL- ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DE MCIA

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2. Estructura general de un MCIA El MCIA está formado por un conjunto de sistemas que permiten el correcto desarrollo de su ciclo de trabajo:

Disposición de cilindros

Sistemas estructurales 4. Estructura soporte 5. Mecanismo pistón – biela – manivela 6. Mecanismo de distribución de gases            Sistemas auxiliares: 9. Sistema de lubricación 10. Sistema de refrigeración 11. Sistema de suministro de combustible 12. Sistema de renovación de la carga 13. Sistema de encendido (sólo en MEP)

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2. Sistema soporte

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2.1 Bloque de cilindros

Motor en W

Motor en V

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2.2 Culata o tapa de los cilindros

Orden de apriete de la culata

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3. Mecanismo pistón - biela - manivela

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3.1 Grupo pistón

Pistones para MEP

Pistones para MEC

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3.1 Tipos de segmentos Segmentos del pistón

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3.2 Biela PARTES

Biela de motor en línea

Biela de motor en V

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Cojinetes

Biela de motor en estrella

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3.3 Cigüeñal

PARTES Cojinetes

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4 Mecanismo de distribución de gases en MCIA de 4T

CLASIFICACIÓN SEGÚN LA POSICIÓN DE LAS VÁLVULAS

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4.1 Elementos del mecanismo de distribución de gases SISTEMA OHV

SISTEMA OHC Árbol de balancines Balancín Rueda  dentada del  árbol de  levas

Muelle de  válvulas Válvula de  escape

Tensor de  cadena Cadena Rueda  dentada  del  cigüeñal

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Válvula de  admisión Pistón

Cigüeñal

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4.2 Reglaje del sistema

Tornillo de regulación

Balancín

Leva

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4.3 Particularidades de las válvulas Semiconos de retención Muelle de válvula

Platillo de retención ESCAPE

Retén de aceite

90º Vástago ADMISIÓN

Guía de válvula

120º Cabeza de válvula

Asiento de válvula

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4.3.1 Distribución de temperatura en las válvulas

Sodio

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4.3.2 Número de válvulas por cilindro

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4.4 Tipos de sistemas de transmisión Para sistemas OHC y DOHC (árbol de levas en la culata)

Árbol de levas

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4.4 Tipos de sistemas de transmisión (cont.) Para sistemas OHV (árbol de levas en el bloque)

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4.5 Sincronización del árbol de levas con el cigüeñal Sincronización en velocidad

ncigüeñal nárbol levas

1

=2 n: régimen de giro 

2 3 4

Sincronización en posición Cuando el árbol de levas está en la culata

3 2 1 1 Marcas en      las  ruedas dentadas 2 Marcas en la  correa 3 Marcas fijas 4 Direcciones de  montaje

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4.5 Sincronización del árbol de levas ... (cont.) Cuando el árbol de levas está en el bloque

Piñón del árbol de levas

Marcas de puesta a punto 1, 2 y 3 Marcas de calado 4 Piñón cigüeñal, 5 Piñón intermedio

Tensor

6 Piñón del árbol de levas

Piñón del  cigüeñal

7 Piñón de la bomba de inyección

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PARTE I Temas 1 y 2. 4. Componentes principales de un MCIA 5. Ciclos de operación de los motores

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5. Ciclos de operación de los motores - MEP

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5. Ciclos de operación de los motores - MEC

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PARTE I Temas 1 y 2. 5. Ciclos de operación de los motores f

Nomenclatura: 1. RCA: Retraso cierre de admisión 2. AAC: Ángulo de avance de la chispa (mec: AAI: ang. apertura inyector) 3. AIC: Ángulo de inicio de la combustión 4. AAE: Avance de la apertura del escape 5. AAA: Avance de la apertura de admisión 6. RCE: Retaso cierre de escape 35

6. Diferencias entre MEP y MEC Característica

MEP

MEC

Formación de la mezcla

Durante la admisión

Final de la compresión

Encendido de la mezcla

Provocado por una chispa eléctrica

Autoinflamación del combustible

Regulación de la carga

Cuantitativa (por mariposa)

Cualitativa (inyección de comb.)

Combustible

Gasolina, GLP, GN, etanol, biogas, gas pobre.

Diesel, acpm, biocombustibles

Fluido operante en el proceso de aire+combustible admisión

aire

Relación de compresión

8 a 11

12 a 23

8 - 16 turismos

9 - 13 automoción

15 - 23 deportivos

6 - 11 estacionarios

Fr

1.0

0.4 - 0.7

Combustión

Premezcla

Por premezcla y muy alta por difusión

Velocidad media del pistón (m/s)

Régimen de giro (rpm)

5500 - 6500 automoción 12 000 competición

1800 - 5000 automoción 500 - 1500 estacionarios 70 - 200 grandes 2T 36

Parámetros geométricos de los MCIA

PARTE I Temas 1 y 2. 7. Parámetros geométricos de los MCIA Diámetro del pistón Carrera del pistón Relación carrera diámetro Sección del pistón Cilindrada unitaria N° de cilindros Cilindrada total

D S S/D

π ⋅ D2 Ap = 4 Vd = A p ⋅ S z

Vt = z ⋅ Vd Vel. media del pistón

Vol. cámara de combustión Vc

V + Vc Relación de compresión r = d Vc Régimen de giro

n

cm = 2 ⋅ S ⋅ n 38

Geometría del pistón, biela y cigüeñal

PARTE I Temas 1 y 2. 7. Parámetros geométricos de los MCIA Parámetro

MEP

MEC

Rc

8 -12

12 – 24

D/S

0.8 – 1.2 medianos pequeños

0.8 – 1.2 medianos pequeños

D/S R=L.Biela/L. manivela R=L.Biela/L. manivela

0.5 grandes de baja velocidad 3 – 4 medianos - pequeños

3 – 4 medianos pequeños 5 - 9 grandes de baja velocidad

7 m / s < Cm < 17 m / s Grandes motores marinos diesel

Automotores

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PARTE I Temas 2. Caracterización de los MCIA como máquina térmica: Motores como sistemas termodinámicos abiertos. NOTAS

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Caracterización de los MCIA como máquina térmica: Motores como sistemas termodinámicos abiertos. Curvas características de los motores – A plena carga NOTAS Curvas características de los motores – A cargas parciales

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PARTE I Temas 2. Caracterización de los MCIA como máquina térmica: Motores como sistemas termodinámicos abiertos. Curvas características de los motores: Curvas multiparamétricas (curvas de nivel)

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PARTE I Temas 2. Caracterización de los MCIA como máquina térmica: Motores como sistemas termodinámicos abiertos. MEP

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PARTE I Temas 2. Caracterización de los MCIA como máquina térmica: Motores como sistemas termodinámicos abiertos.ç MEC

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PARTE I Temas 2. Caracterización de los MCIA como máquina térmica: Motores como sistemas termodinámicos abiertos.ç EJEMPLOS

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PARTE II Temas 1 y 2. 8. Parámetros de funcionamiento Lección 2. Parametros.doc 9. Ejemplo: De un motor diesel de automóvil se conocen las siguientes características: - Revoluciones a las que está funcionando el motor: 4000 rpm - Cilindrada del motor: VT=1906 cc - Consumo específico: 290 gr/kW*h - Relación carrera – diámetro: 1.1 - Rendimiento volumetrico a 4000 rpm: 0.78 - Dosado (A/F): 1/18 El motor es de 4T y cuatro cilindros, se encuentra funcionando a 1 bar y 20 °C (ρaire=1.2 kg/m3), determinar: 1. Carrera y diámetro del pistón 2. Presión media efectiva 3. Potencia que está desarrollando el motor 4. Par motor para esta potencia 5. ¿La pme del punto 2, es la máxima que puede desarrollar el 47 motor?