Motores

TECNOLOGIA DE LAS ENERGIAS – 2º AÑO DEL PROFESORADO EN TECNOLOGIA – IES MATER DEI •

Motores de cuatro tiempos

En el motor de cuatro tiempos, el embolo hace cuatro movimientos en cada cilindro de trabajo. Tanto los cilindros como el cigüeñal están situados dentro de un pesado bloque cilíndrico de hierro. El cigüeñal a su vez hace funcionar el árbol de levas, que abre y cierra en el orden correcto las válvulas que hay en la parte superior de cada cilindro. Los cuatro cilindros se disparan sucesivamente, normalmente en el orden 1-3-4-2, para que haya tiempo de trabajo cada media revolución del cigüeñal.

1-Tiempo de admisión 2-Tiempo de compresión 3- Tiempo de explosión 4- Tiempo de escape 1.-Tiempo de admisión: el embolo se mueve hacia abajo cuando se gira el cárter del cigüeñal, provocando una disminución de la presión dentro del cilindro. El vacío parcial así creado inyecta gasolina y aire, dentro del cilindro a través de la válvula de admisión abierta. 2.-Tiempo de compresión: la mezcla de combustible y aire es comprimida cuando el embolo sube con ambas válvulas cerradas. 3.-Tiempo de explosión: la mezcla es encendida por la bujía, al producir esta una chispa breve sincronizada con el momento de máxima compresión. El embolo es expulsado hacia abajo cuando el combustible, al arder, se expande. 4.-Tiempo de escape: la válvula de escape se abre y el embolo sube, expulsando del cilindro la mezcla quemada para dejar el sitio libre al combustible fresco, que entrara en el próximo tiempo de admisión. •

Motor rotatorio

En la década de 1950, el ingeniero alemán Felix Wankel desarrolló un motor de combustión interna con un diseño revolucionario, que utilizaba un rotor triangular que gira dentro de una cámara ovalada, en lugar de un pistón y un cilindro. La mezcla de combustible y aire es absorbida a través de un orificio de aspiración y queda atrapada entre una de las caras del rotor y la pared de la cámara. La rotación del rotor comprime la mezcla, que se enciende con una bujía. Los gases se expulsan a través de un orificio de expulsión con el movimiento del rotor. El ciclo tiene lugar una vez en cada una de las caras del rotor, produciendo tres fases de potencia en cada giro. El motor de Wankel es compacto y ligero en comparación con los

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TECNOLOGIA DE LAS ENERGIAS – 2º AÑO DEL PROFESORADO EN TECNOLOGIA – IES MATER DEI motores de pistones, por lo que ganó importancia durante la crisis del petróleo en las décadas de 1970 y 1980. Además, funciona casi sin vibraciones y su sencillez mecánica permite una fabricación barata. No requiere mucha refrigeración, y su centro de gravedad bajo aumenta la seguridad en la conducción. •

Motor de carga estratificada

Una variante del motor de encendido con bujías es el motor de carga estratificada, diseñado para reducir las emisiones sin necesidad de un sistema de recirculación de los gases resultantes de la combustión y sin utilizar un catalizador. La clave de este diseño es una cámara de combustión doble dentro de cada cilindro, con una antecámara que contiene una mezcla rica de combustible y aire mientras la cámara principal contiene una mezcla pobre. La bujía enciende la mezcla rica, que a su vez enciende la de la cámara principal. La temperatura máxima que se alcanza es suficiente como para impedir la formación de óxidos de nitrógeno, mientras que la temperatura media es la suficiente para limitar las emisiones de monóxido de carbono e hidrocarburos. •

Motor de dos tiempos

Es una versión más sencilla del de cuatro tiempos. Prescinde de las válvulas y usa la rotación del cigüeñal dentro de un cárter presurizado para introducir el combustible dentro del cilindro. Tiene esencialmente el mismo sistema de ignición que el de cuatro tiempos y también funciona con gasolina y aire. Algunos motores descienden por completo de las bujías y dependen del aumento de temperatura provocado por el tiempo de compresión para encender la mezcla. Se llaman motores de compresión- ignición o motores diesel. •

Motores Diesel En teoría, el ciclo diesel difiere del ciclo Otto en que la combustión tiene lugar a un volumen constante en lugar de a una presión constante. El motor diesel moderno es un conjunto de mecanismos de precisión que, al trabajar sincronizados, transforman la energía química almacenada en el combustible, en trabajo mecánico. La mayoría de los motores diesel tienen también cuatro tiempos, si bien las fases son diferentes de las de los motores de gasolina, estas son:

1.- ADMISIÓN.- El pistón desciende del punto muerto superior al punto muerto inferior, la válvula de admisión permanece abierta; al bajar el pistón va dejando un vacío que será llenado por el aire que entra del exterior por los conductos de admisión. 2.- COMPRESIÓN.- El pistón sube, pasa del punto muerto inferior al punto muerto superior; las válvulas de admisión y de escape permanecen cerradas. El aire se comprime y se calienta lo suficiente para encender el combustible que se inyecta al final de la compresión. 3.EXPANSIÓN.- Se inyecta el combustible en forma de spray al interior del cilindro, se inflama, se expande y empuja el pistón hacia abajo para producir potencia. 4.-ESCAPE.- La válvula de escape se abre y el pistón sube, pasa del punto muerto inferior al punto muerto superior para que el pistón desaloje todos los gases quemados productos de la combustión. Estas cuatro operaciones son las mismas para cualquier motor diesel, ya sea de 2 o 4 tiempos, sin embargo, la forma en que se realizan será diferente en cada uno de ellos. Para un motor de dos tiempos el cigüeñal habrá girado una vuelta y para un motor de cuatro tiempos, el cigüeñal habrá girado dos veces, algunos motores diesel utilizan un sistema auxiliar de ignición para encender el combustible para arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura adecuada. La eficiencia de los motores diesel, que en general depende de los mismos factores que los motores Otto, es mayor que en cualquier motor de gasolina, llegando a superar el 40%. Los

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TECNOLOGIA DE LAS ENERGIAS – 2º AÑO DEL PROFESORADO EN TECNOLOGIA – IES MATER DEI motores diesel suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto(rpm), mientras que los motores Otto trabajan de 2.500 a 5.000 rpm. No obstante, algunos tipos de motores diesel pueden alcanzar las 2.000 rpm. Como el grado de compresión de estos motores son por lo general más pesados que los motores Otto, pero esta desventaja se compensa con una mayor eficiencia y el hecho que utiliza combustible más baratos. La lubricación del motor es uno de los factores más importantes para lograr el buen funcionamiento y la mayor duración del mismo. La lubricación tiene como objetivo, formar una película de aceite lubricante entre las piezas móviles del motor, con el fin de reducir su rozamiento y su temperatura. Partes de un motor Diesel · 1.- POLEA DEL ALTERNADOR · 2.- ALOJAMIENTO DEL TERMOSTATO · 3.- TAPÓN DE LLENADO DE ACEITE · 4.- FILTRO DE COMBUSTIBLE · 5.- TAPA DE BALANCINES · 6.- INYECTOR · 7.- TUBO DE RESPIRACIÓN · 8.- BOMBA DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE · 9.- BAYONETA MEDIDORA DE ACEITE · 10.- ENFRIADOR DE ACEITE · 11.- FILTRO DE ACEITE LUBRICANTE · 12.- CÁRTER · 13.- TRAMPA DE AGUA · 14.- TAPÓN DE DRENADO · 15.- POLEA Y AMORTIGUADOR DE VIBRACIONES · 16.- BANDA DEL VENTILADOR · 17.- BOMBA DE AGUA · 18.- MÚLTIPLE DE ADMISIÓN · 19.- MÚLTIPLE DE ESCAPE · 20.- ALTERNADOR · 21.- BOMBA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE · 22.- VOLANTE

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TECNOLOGIA DE LAS ENERGIAS – 2º AÑO DEL PROFESORADO EN TECNOLOGIA – IES MATER DEI · 23.- FILTRO PRIMARIO DE COMBUSTIBLE · 24.- SOPORTE TRASERO DE LEVANTAMIENTO · 25.- GRIFO DE DRENADO DEL MONOBLOCK · 26.- TURBOCARGADOR Y COMPENSADOR · 27.- ALOJAMIENTO DE LA UNIDAD DE ARRANQUE EN FRÍO · 28.- TUBO DE ALIMENTACIÓN DE ACEITE LUBRICANTE HACIA EL TURBOCARGADOR Y/O COMPENSADOR · 29.- VENTILADOR · 30.- ALOJAMIENTO DEL MEDIDOR DE HORAS Y TACOMETRO · 31.- ALOJAMIENTO DEL ACOPLAMIENTO DEL COMPRESOR · 32.- ALOJAMIENTO DEL COMPRESOR · 33.- CODO DE ACOPLAMIENTO DEL COMPENSADOR · 34.- CODO DE ACOPLAMIENTO DEL TUBO DE ESCAPE · 35.- TUBOS DE COMBUSTIBLE DE ALTA PRESIÓN · 36.- TUBOS DE COMBUSTIBLE DE BAJA PRESIÓN Sistema de enfriamiento El sistema de enfriamiento sirve para recoger el calor de las partes críticas y mantener el motor a una temperatura conveniente para lograr su máximo rendimiento. Los puntos más calientes que se deben de enfriar constantemente son: cámara de combustión, parte alta del cilindro, cabeza del pistón, válvulas de admisión y de escape y boquilla del inyector. En el interior existen conductos de agua que rodean a los puntos críticos. El agua es forzada a circular por las camisas de los cilindros, para que recojan el calor. Primero pasa por los conductos del monoblock, cabeza del motor, termostato, y las mangueras para llevarlo al radiador en donde se enfría a una temperatura no menor de 71°C ni mayor de 93°C. En la parte inferior es tomada por la bomba de agua para forzar su circulación continua a través del sistema. Para que el motor se caliente más rápidamente en climas fríos, se dispone de un termostato que actúa sobre la corriente de agua o sobre la corriente de aire. En el primer caso, el termostato cierra el paso de la corriente de agua hacia el radiador y por una desviación lo circula únicamente por las camisas del motor, lo que permite que el motor alcance una temperatura adecuada. En el segundo caso la corriente que ahora es de aire se desvía de las aletas del cilindro El ventilador generalmente va colocado en el mismo eje de la bomba de agua; es accionado por bandas (trapezoidales) desde el cigüeñal y su función es la de generar una corriente de aire a través del radiador, para enfriarle. Para calentar el motor actuando sobre la corriente del aire, el termostato que va sumergido en el agua, controla el cierre o la apertura de unas persianas al frente del radiador, obstruyendo o permitiendo el paso de la corriente del aire que pasa por el radiador.

Sistema de alimentación de aire del motor diesel

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TECNOLOGIA DE LAS ENERGIAS – 2º AÑO DEL PROFESORADO EN TECNOLOGIA – IES MATER DEI Filtrado

de

aire

Un motor diesel aspira una gran cantidad de aire que debe estar limpio para su buen funcionamiento, por eso la importancia que tiene el filtro de aire del motor diesel. Cualquiera que sea el tipo de filtro de aire, debe de tener la suficiente capacidad para retener las partículas más pequeñas como polvo, pelusa, tierra, aserrín, hojas, etc. El tamaño y tipo de filtro variará de acuerdo a la aplicación y servicio del motor, potencia, etc. Se debe tener en cuenta que al pasar impurezas al interior del motor pueden causar desgaste rápido de los anillos del pistón, camisas, pistones, mecanismos de válvulas, etc., lo que resulta en pérdidas económicas y mal funcionamiento del motor por un alto consumo de lubricante, restricción de la entrada de aire, acumulación de carbonilla la cual causa combustiones fuera de control y daños al turbocargador si el vehículo cuenta con él. Tipos

de

filtro

de

aire

Los principales tipos de filtros de aire son: Húmedo con baño de aceite.- El elemento filtrante esta formado por una malla la cual esta sumergida en aceite, provoca una baja restricción al flujo de aire Tipo seco.- El elemento filtrante esta formado por papel o tela, el cual se desecha una vez que esta saturado De dos etapas.- Se tiene una combinación de ambos tipos para mejorar la limpieza del aire y reducir la restricción al flujo de aire

El

Turbocargador

El turbocargador es un sobre alimentador del tipo centrífugo que se usa en motores de 4 tiempos y en algunos casos en motores de 2 tiempos. El turbocargador aprovecha la energía de los gases de escape del motor para introducir aire a alta presión al múltiple de admisión. Con este dispositivo se logra aumentar la potencia de un motor hasta en un 30%. El turbocargador consta de una turbina y un compresor acoplados a una única flecha, soportada en bujes o cojinetes radiales, rodeado por un soporte o cubo y dos cubiertas una del compresor y otra de la turbina Funcionamiento

del

Turbocargador

Los gases de escape del motor se dirigen hacia la entrada de la turbina (garganta) después se reduce su diámetro (en forma de cuerno) y se descargan los gases hacia las aletas de la turbina, para que gire y esto permite, hacer girar en el otro extremo, al compresor, que introduce aire a presión al cilindro. A pesar de no existir ningún acoplamiento mecánico entre el motor y el turbocargador, la velocidad de este se acopla automáticamente a la marcha y a los requerimientos del motor. Las principales ventajas del uso de turbocargadores en motores a diesel son: Combustión más eficiente Ahorro de combustible Aumento de la potencia No consume potencia del motor

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TECNOLOGIA DE LAS ENERGIAS – 2º AÑO DEL PROFESORADO EN TECNOLOGIA – IES MATER DEI 5) No disminuye la potencia del motor con el aumento de la altura sobre el nivel del mar Una precaución que se debe tener en un vehículo turbocargado, es el no acelerarlo antes de apagar el motor, ya que esto puede dañar el turbocargador. Sistema de alimentación de combustible El sistema, tiene como propósito el proporcionar el combustible, al interior de las cámaras de combustión bajo las siguientes condiciones: 1) Proporcionar la cantidad exacta de combustible para las diferentes condiciones de trabajo de la máquina. 2) Inyectar en el momento preciso 3) Inyectar finamente y repartirlo en toda la masa de aire 4) Penetrar a través de toda la masa de aire comprimido. 5) Quemar todo el combustible que se inyecta. Diferencias principales entre el motor a gasolina y el Diesel ð Un motor a gasolina succiona una mezcla de gas y aire, los comprime y enciende la mezcla con una chispa. Un motor diesel sólo succiona aire, lo comprime y entonces le inyecta combustible al aire comprimido (no tiene bujía). EL calor del aire comprimido enciende el combustible espontáneamente. ð Un motor diesel utiliza mucha más compresión que un motor a gasolina. La alta compresión se traduce en mejor eficiencia. ð Los motores diesel utilizan inyección de combustible directa, en la cual el combustible diesel es inyectado directamente al cilindro. Los motores a gasolina generalmente utilizan carburación en la que el aire y el combustible son mezclados un tiempo antes de que entre al cilindro, o inyección de combustible de puerto en la que el combustible es inyectado a la válvula de succión (fuera del cilindro). Una gran diferencia entre un motor diesel y un motor a gasolina está en el proceso de inyección. La mayoría de los motores de autos utilizan inyección de puerto o un carburador en lugar de inyección directa. en el motor de un auto, por consiguiente, todo el combustible es guardado en el cilindro durante el choque de succión, y se quema todo instantáneamente cuando la bujía dispara. Un motor diesel siempre inyecta su combustible directamente al cilindro, y es inyectado mediante una parte del choque de poder. Esta técnica mejora la eficiencia del motor diesel. La mayoría de motores diesel un tapon de luz de algún tipo que no se muestra en la figura. Cuando el motor diesel está frío, el proceso de compresión no debe elevar el aire a una temperatura sufcientemente alta para encender el combustible. El tapón de luz es un alambre calentado eléctricamente (recuerde los cables calientes que hay en una tostadora) que ayuda a encender el combustible cuando el motor está frío. El combustible diesel y la gasolina, son diferenes. Huelen diferente. El combustible diesel es más pesado y aceitoso. El combustible diesel se evapora mucho más lento que la gasolina -su punto de ebullición es más alto que el del agua. El combustible diesel se evapora más lento porque es más pesado. Contiene más átomos de carbón en cadenas más largas que la gasolina. Toma menos tiempo refinar para crear el combustible diesel, ya que es generalmente más barato que la gasolina. El combustible diesel tiene una densidad de energía más alta que la gasolina. En promedio, un galón de combustible diesel contiene aproximadamente 147x106joules, mientras que un galón de gasolina contiene 125x106joules. Esto, combinado con la eficiencia mejorada de los

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TECNOLOGIA DE LAS ENERGIAS – 2º AÑO DEL PROFESORADO EN TECNOLOGIA – IES MATER DEI motores diesel, explica porqué los motores diesel poseen mejor kilometraje que el equivalente en gasolina.

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