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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Ticomán Sistemas propulsivos Introducción a Motores Profesor: Landeros Méndez Minelia Alumno: Pérez Ramírez Christian Oswaldo

Grupo: 4AV4 Objetivo

Al realizar esta práctica el objetivo que tenemos es conocer mas a fondo y de manera física los componentes de los motores que se tienen en el laboratorio, para así reforzar los conocimientos teóricos obtenidos en la clase de termodinámica

Marco Teórico Motor de combustión. Es aquel que es capaz de transformar en movimiento la energía proveniente de la combustión de sustancias adecuadas, denominadas combustibles. Funcionamiento Cuando la combustión se produce dentro de un recinto cerrado se denominan motores de combustión interna, normalmente utilizados en automóviles, motos, etcétera. También existen motores de combustión externa, que son los que mueven los aviones jet, de propulsión a chorro, a reacción, o más vulgarmente llamados "reactores".

Motor de Combustión

Los motores de combustión se dividen en dos:

Motor de 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 sí misma, a diferencia de, por ejemplo, la máquina de vapor.

Motor de Combustión Interna

Tipos de motores de combustión interna: Motor Alternativo Son aquellos motores donde el fluido desarrolla un trabajo sobre una superficie móvil que se desplaza en movimientos rectilíneos

Motor de Combustión Interna Alternativa

Los motores alternativos se pueden dividir en dos tipos de ciclos:

Ciclo Otto Es el ciclo termodinámico que se aplica al Motor de Combustión Interna de encendido provocado (motores de gasolina). Se caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo el calor se aporta a volumen constante.

Motor ciclo Otto encendido por chispa de 4 tiempos

Un motor de cuatro tiempos es un motor de combustión interna alternativo tanto de ciclo Otto como ciclo del diésel, que precisa cuatro carreras del pistón o émbolo (dos vueltas completas del cigüeñal) para completar el ciclo termodinámico de combustión.

1.-Durante la primera fase el pistón se desplaza hasta el PMI y la válvula de admisión permanece abierta, permitiendo que se aspire la mezcla de combustible y aire hacia dentro del cilindro (esto no significa que entre de forma gaseosa). 2.-En la segunda fase las válvulas permanecen cerradas y el pistón se mueve hacia el PMS, comprimiendo la mezcla de aire y combustible. Cuando el pistón llega al final de esta fase, la bujía se activa y enciende la mezcla. 3.-Durante la tercera fase se produce la combustión de la mezcla, liberando energía que provoca la expansión de los gases y el movimiento del pistón hacia el PMI. Se produce la transformación de la energía química contenida en el combustible en energía mecánica trasmitida al pistón. Él la trasmite a la biela, y la biela la trasmite al cigüeñal, de donde se toma para su utilización. 4.-En la cuarta fase se abre la válvula de escape y el pistón se mueve hacia el PMS, expulsando los gases producidos durante la combustión y quedando preparado para empezar un nuevo ciclo (renovación de la carga) Para mejorar el llenado del cilindro, también se utilizan sistemas de sobrealimentación, ya sea mediante empleo del turbocompresor o mediante compresores volumétricos o también llamados compresores de desplazamiento positivo.

Ciclo Otto de Cuatro tiempos

Culata del Motor

Con el nombre de culata se conoce a la parte superior del motor. Sirve, entre otras cosas, de cierre a los cilindros por su parte superior. En ella van alojadas, las válvulas de admisión y escape, las bujías (en los OTTO),el árbol de levas y los conductos de admisión de aire y gasolina y de escape. Es la encargada de soportar las explosiones originadas en la cámara de combustión. Está unida firmemente al bloque por tornillos. Entre ambas piezas se coloca una “junta de culata” garantizando así un sello entre el bloque y la culata hermético.

Culata del Motor El Bloque del Motor

Es la estructura básica del motor y parte más grande del motor. Contiene los cilindros donde los pistones suben y bajan, conductos por donde pasa el líquido refrigerante y otros conductos independientes por donde circula el lubricante. Generalmente el bloque está construido en aleaciones de acero o aluminio.

La forma del bloque depende de cómo se vayan a colocar los pistones en los cilindros:

Colocación de Cilindros

La junta de culata se utiliza para sellar la unión entre la culata y el bloque. Posee varias perforaciones por las cuales pasan los pistones, los espárragos de sujeción, y los conductos tanto de lubricación como los de refrigeración.

Carter del Motor Es la parte donde se deposita el aceite para lubricar todas las partes del motor. Normalmente esto lo hace de dos formas: 1ª) Golpeando el propio cigüeñal en su giro sobre el aceite, lubricando en forma de salpicadura. 2ª) Mediante la bomba de aceite. Esta bomba coge el aceite del Carter y lo envía a las zonas a refrigerar a través de los conductos en un ciclo cerrado.

Motor ciclo Otto encendido por chispa de 2 tiempos

En un motor 2 tiempos se produce una explosión por cada vuelta de cigüeñal mientras que en un motor 4 tiempos se produce una explosión por cada dos vueltas de cigüeñal, lo que significa que a misma cilindrada se genera mayor potencia, pero también un mayor consumo de combustible.

1.- Admisión – Compresión. En un motor 2 tiempos es el propio pistón el que, con su movimiento, abre la admisión de la mezcla, a la altura del cárter, y el escape de los gases quemados, a la altura de la cámara de combustión. La admisión y la compresión se realizan al mismo tiempo. En el tiempo 1 el pistón va de abajo a arriba, es decir, desde el cárter hacia la culata. En su desplazamiento succiona la mezcla de gasolina, aire y aceite en su parte inferior, mientras que simultáneamente se encarga de comprimir la mezcla de la admisión anterior en la parte superior.

2.- Combustión – Escape. El segundo tiempo comienza con el pistón situado en su punto muerto superior, comprimiendo al máximo la mezcla de gasolina, aire y aceite, lo que hace chocar sus moléculas más rápidamente y aumentar considerablemente la temperatura de la mezcla. Es en ese momento cuando la bujía genera una chispa que incendia la mezcla provocando su combustión. Esta explosión hace mover violentamente el pistón hacia abajo, transmitiendo el movimiento al cigüeñal a través de la biela, y con ese movimiento deja abierto el escape por donde son liberados los gases recién quemados. Pero hay más, en ese movimiento descendiente el pistón empuja la mezcla nueva que había entrado en su anterior subida, y al bajar transfiere la mezcla del cárter a la cámara de combustión, preparando así el proceso para volver a comenzar de nuevo en el primer tiempo anteriormente descrito.

Funcionamiento de un Motor de Ciclo Otto de 2 Tiempos

Ciclo Diesel Un ciclo Diésel ideal es un modelo simplificado de lo que ocurre en un motor diésel, la combustión no se produce por la ignición de una chispa en el interior de la cámara. En su lugar, aprovechando las propiedades químicas del gasóleo, el aire es comprimido hasta una temperatura superior a la de auto ignición del Diesel y el combustible es inyectado a presión en este aire caliente, produciéndose la combustión de la mezcla. La relación de compresión de un motor diésel puede oscilar entre 12 y 24, mientras que el de gasolina puede rondar un valor de 8.

1.-Etapa de Admisión. El pistón baja con la válvula de admisión abierta, aumentando la cantidad de aire en la cámara. Esto se modela como una expansión a presión constante (ya que al estar la válvula abierta la presión es igual a la exterior). En el diagrama PV aparece como una recta horizontal.

2.- Etapa de Compresión. El pistón sube comprimiendo el aire. Dada la velocidad del proceso se supone que el aire no tiene posibilidad de intercambiar calor con el ambiente, por lo que el proceso es adiabático. Se modela como la curva adiabática reversible, aunque en realidad no lo es por la presencia de factores irreversibles como la fricción.

3.-Etapa de Combustión. Un poco antes de que el pistón llegue a su punto más alto y continuando hasta un poco después de que empiece a bajar, el inyector introduce el combustible en la cámara.

4.-Etapa de Expansión. La alta temperatura del gas empuja al pistón hacia abajo, realizando trabajo sobre él. De nuevo, por ser un proceso muy rápido se aproxima por una curva adiabática reversible.

5.-Etapa de Escape. Se abre la válvula de escape y el gas sale al exterior, empujado por el pistón a una temperatura mayor que la inicial, siendo sustituido por la misma cantidad de mezcla fría en la siguiente admisión. El sistema es realmente abierto, pues intercambia masa con el exterior.

Motor Diesel

Motor Rotativo

Un motor Wankel, más conocido como “motor rotativo” es un tipo especial de motor de combustión interna que se caracteriza porque está constituido por una cámara de combustión en la que un rotor hace posible que se produzcan los cuatro tiempos de la combustión de gasolina, pero contando con un movimiento constante y sin “tiempos muertos”. Es decir, el rotor gira constantemente mientras se efectúa la admisión, compresión y combustión de combustible, seguido por el escape de los gases resultantes. En cierto modo podemos decir que es un motor de cuatro tiempos que se comporta como un dos tiempos, y que consume aceite en el proceso.

Motor Rotativo

Los motores rotativos pueden estar compuestos de más de un rotor y estos mismos se mueven gracias a la acción de la combustión y una variante de cigüeñal que acomoda a cada rotor con 180º de desplazamiento.

Estatorreactor y pulsorreactor No llevan turbina y se utilizan sobre todo en aviones experimentales no comerciales.

El estatorreactor: carece de compresores y turbinas pues la compresión se efectúa debido a la alta velocidad a la que ha de funcionar. El aire ya comprimido se somete a un proceso de combustión en la cámara de combustión y una expansión en la tobera de escape. El estatorreactores es el más sencillo de los motores de avion, porque no tiene piezas móviles excepto la bomba de combustible. Está abierto por los dos extremos y solo tiene toberas de combustible en la parte central. El aire entra por la entrada del reactor, que está en movimiento a gran velocidad. Cuando el combustible y el aire se mezclan en la cámara de combustión una serie de bujías encienden la mezcla y comienza la combustión, despidiendo una gran cantidad de calor por lo que es necesario aislar la cámara de combustión con un recubrimiento cerámico especial. Entonces los gases resultantes de la combustión salen a gran velocidad por la tobera de escape. Tienen poco peso, son sencillos como son básicamente un tubo y se utilizan sobre todo en los aviones espía que vuelan a cotas muy altas y a grandes velocidades.

Su velocidad de vuelo no es muy alto, los gases de la explosión pueden expandirse y retroceder hacia la entrada.

El pulsorreactor: para mejorar el principal inconveniente del motor anterior se instalan unas válvulas que permiten la entrada de aire y se cierran cuando explota la mezcla. Los pulsorreactores de hoy no tienen casi ninguna función destacable en el mundo aeronáutico y han quedado relegados al puesto de hobby doméstico, al producirse manualmente para aplicaciones de aeromodelismo o como curiosidad científica. Su construcción es muy sencilla, no requieren de grandes equipos o materiales unusuales para su construcción, muchos modelos sin válvulas pueden desarrollar grandes potencias sin ser excesivamente caros de realizar, pero también tiene sus inconvenientes: elevados consumos, gran tamaño, imposibilidad de implementarles postquemadores.

Turbo Reactor

Un turborreactor es un motor de funcionamiento continuo, a diferencia de los motores alternativos, de funcionamiento discontinuo. Los grandes compresores axiles o centrífugos llevan enormes volúmenes de aire a una presión aproximada de 8 atmósferas para comprimirlos. Una vez que se dispone del aire comprimido, se introduce en cámaras de combustión en las que se quemará combustible de forma continua para proporcionar energía a ese aire. El aire, a mayor presión y a mayor temperatura, se traslada hasta la turbina. Allí se expande parcialmente y consigue la energía necesaria para mover el compresor. Luego, el aire pasa por la tobera de escape, donde se acelera hasta la salida, de modo que la presión existente se transforme en velocidad. En este tipo de motor la fuerza motora se obtiene gracias a la cantidad de movimiento generado. El aire es lanzado hacia atrás haciendo que la nave se vea impulsada hacia delante. En aeronáutica se usa este tipo de motores porque permiten mucha más potencia que los motores alternativos a igualdad de peso.

Turborreactor de Doble Flujo

Los motores de aviación tipo turbo fan son una generación de motores de reacción que ha reemplazado a los turborreactores o turbo jet. También se suelen llamar turborreactores de doble flujo. Se caracterizan por disponer de un ventilador en la parte frontal del motor. El aire entrante se divide en dos caminos: flujo de aire primario y flujo secundario o flujo derivado. El flujo primario penetra al núcleo del motor y el flujo secundario se deriva a un conducto anular exterior y concéntrico con el núcleo. Los turbo fan tienen varias ventajas respecto a los turborreactores: consumen menos combustible, lo que los hace más económicos, producen menor contaminación y reducen el ruido ambiental. El índice de derivación, también llamado relación de derivación, es el cociente de la masa del flujo secundario entre la del primario. Se obtiene dividiendo las secciones transversales de entrada a sus respectivos conductos. En aviones civiles suele interesar mantener índices de derivación altos ya que disminuyen el ruido, la contaminación, el consumo específico de combustible y aumentan el rendimiento. Sin embargo, aumentar el flujo secundario reduce el empuje específico a velocidades cercanas o superiores a las del sonido, por lo que para aeronaves militares supersónicas se utilizan motores turbo fan de bajo índice de derivación.

Turbohelice

Podemos decir que el turbohélice es un motor a reacción al cual se le ha añadido una hélice en lugar de tener el fan. En el turbo fan conseguíamos el empuje acelerando la masa de aire que salía por la tobera, pero en el turbohélice el empuje, o en este caso la tracción, nos la va a dar la hélice. es muy parecida al turborreactor pero la diferencia es que el turbohélice tiene montada delante una hélice propulsada por una segunda turbina. Así propulsión se debe a dos causas: a los gases que salen por la parte posterior y al empuje del hélice. El aire entra al motor y pasa por una serie de etapas de compresión donde el aire va adquiriendo presión. Ese aire entra a la cámara de combustión, donde se mezcla con el combustible. Una vez quemada, entra a la turbina y pasa por las distintas fases de la turbina, que está unida a las etapas compresoras y a la hélice, por lo que mueve todo lo anterior. La ventaja fundamental de los motores turbohélices es su eficiencia propulsiva y su economía de funcionamiento. Consumen en torno a un 30 por ciento menos que el turbo fan y además las nuevas generaciones han mejorado mucho la cantidad de ruido procedente de los hélices. Sin embargo, la propulsión con hélice, que es muy eficiente a bajas velocidades, pierde mucha eficacia a medida que la velocidad de vuelo aumenta. Eso es debido a que las puntas de la hélice generan una resistencia cada vez mayor a medida que el avión gana velocidad y por tanto la eficiencia propulsiva disminuye. El gran inconveniente de este tipo de motores, por lo tanto, es su velocidad, ya que esta está limitada por la resistencia de la hélice que puede llegar a romperla en caso de llegar sus puntas a la velocidad del sonido. Los turbohélices serán muy eficientes y económicos para trayectos cortos.

Desarrollo Durante esta practica conocimos diversos tipos de motores, para empezar vimos un motor de ciclo Otto de cuatro tiempos encendido por chispa, este motor es muy interesante ya que esta reconstruido para poder observar su funcionamiento, viendo más de cerca el movimiento del ciclo Otto. Casi en el centro había diversos componentes de motores, es una buena forma de ver con precisión las piezas de estos, y con esto darnos una idea de como funcionan. Junto a este motor teníamos otros dos, estos también eran ciclo otto y el funcionamiento era el mismo.

En el fondo del taller había un motor ciclo Diesel encendido por compresión. Al igual que el primero estaba parcialmente abierto y podíamos observar sus componentes. El siguiente motor que observamos era uno de igual forma ciclo diesel encendido por compresión, la diferencia era que lo podíamos accionar, con esto pudimos darnos cuenta que mientras se le siga suministrando combustible, este seguirá en funcionamiento.

Conclusiones En esta practica pude ver los diversos motores que existen, lo que pude obtener es que los ciclos si tienen un gran funcionamiento y utilidad, ya que como se menciono en la clase, es importante saber para que queremos el motor, no solo por sus características, si no a donde se va a aplicar en la industria.

Referencias http://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/MOTOR%20DE %20COMBUSTION.htm https://www.stefanelli.eng.br/es/ciclo-otto-motor-cuatro-tiempos/ https://ingenieromarino.com/motores-de-combustion-interna-alternativos-mcia1oparte/ https://www.monografias.com/trabajos94/motor-combustion-interna/motorcombustion-interna.shtml https://www.ecured.cu/Ciclo_Otto http://motoresdedostiempos2t.blogspot.com/2015/06/motor-diesel-2-tiempos.html

http://www.ingenieriadepetroleo.com/ciclo-diesel-motor-diesel/ http://comeflywithme.blogspot.es/1402944297/tipos-de-motores-de-avion-elestatorreactor-y-el-pulsorreactor/ https://www.monografias.com/trabajos106/turbo-reactores-y-sufuncionamiento/turbo-reactores-y-su-funcionamiento.shtml http://www.takeoffbriefing.com/transicion-al-turbohelice/ http://comeflywithme.blogspot.es/1402939784/tipos-de-motores-de-avionturborreactor-turbofan-y-turbohelice/