UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA. CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERÍAS
Trabajo sobre motores de combustión interna. MAQUIAS TÉRMICAS II
ALUMNO: CÓDIGO: SEC: PROFESOR: ESPARZA ORTIZ VÍCTOR MANUEL
MAQUINAS TÉRMICAS II
SEC: D04
TRABAJO SOBRE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA.
Motor de combustión interna: se define mejor como un transformador de energía química almacenado en el combustible y este lo transforma en energía mecánica. mecánica. 1. Clasificación de los los motores de combustión interna. 1.1 Por su principio de funcionamiento. Se pueden clasificar de la siguiente manera:
Motor Otto: Su funcionamiento consiste en aprovechar l a fuerza expansiva de los gases que
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se hacen explotar en un cilindro obteniendo así un giro con ayuda del mecanismo bielacigüeñal y este se lo transmite a las ruedas. El motor tipo Otto realiza la transformación de energía calorífica a mecánica fácilmente utilizable en cuatro fases, donde las cuales un pistón que se desplaza en el interior de un cilindro donde efectúa cuatro desplazamientos y gr acias a un sistema de biela-manivela transforma el movimiento lineal del pistón en movimiento de rotación del árbol cigüeñal c igüeñal realizando este dos vueltas completas en cada ciclo de funcionamiento. El funcionamiento teórico durante sus cuatro fases es:
Primer tiempo (Admisión): durante este tiempo el pistón se desplaza desde el punto muerto superior al punto muerto inferior y efectúa su primer desplazamiento lineal, cuando sucede esta fase se abre la válvula de admisión y mientras se realiza este recorrido la válvula de admisión permanece abierta y debido a la depresión o vacio interno que crea el pistón en su desplazamiento, se aspira una mezcla de aire y combustible, que pasa atreves del espacio libre que deja la válvula de aspiración para llenar en cilindro(que no se llena totalmente)y el 0
cigüeñal gira 180 .
Segundo tiempo (Compresión): en esta fase el pistón efectúa su segunda carrera y se desplaza desde el punto muerto inferior al punto muerto superior durante este recorrido la muñequilla del cigüeñal efectúa otro giro de 1800 por lo que en esta fase las válvulas permanecen cerradas y el pistón comprime la mezcla y se vuelve gaseosa.
Tercer tiempo (Trabajo): Cuando el pistón llega al final de la compresión entre los electrodos de una bujía salta una chispa eléctrica en el interior de la cámara de combustión y reacciona esto y aumenta el volumen ocasionando que el pistón se mueva a punto muerto inferior (se produce trabajo). Durante este tiempo se libera energía calorífica del combustible lo que produce una elevada temperatura en el interior del cilindro. Cuarto tiempo (Escape): En este tiempo el pistón realiza su cuarta carrera, durante este recorrido del pistón la válvula de escape permanece abierta por la baja presión en el cilindro y atreves de ella los g ases quemados procedentes de la combustión salen a la atmosfera.
Clasificación del motor. El tipo de mezcla Por el encendido Por el modo de trabajo
Por el tipo de refrigeración Por la disposición de los cilindros Ciclos de trabajo
aire combustible 14.7 a 1 Encendido por chispa eléctrica. 2 vueltas del cigüeñal y cuatro carreras del pistón que es igual a un ciclo. Agua y aire Línea, V, Opuestos Admisión; Compresión; Explosión; escape
Motor Diesel: Es un motor en el cual el encendido se produce por una alta temperatura que
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posibilita la compresión del aire al interior del cilindro de este. El tipo de mezcla Por el encendido Por el modo de trabajo Por el tipo de refrigeración Por la disposición de los cilindros
Aire precalentado y diesel (gasoil) Autoencendido 2 vueltas del cigüeñal y cuatro carreras del pistón Agua y Aire Línea, V, pero estos motores son de 6 a 12 cilindros
Motor dos tiempos : son motores de pistón y a diferencia del de 4 tiempos , las cuatro etapas
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del ciclo de trabajo se realizan en solo una vuelta del cigüeñal. Estos motores pueden ser tanto diesel como gasolina pero comúnmente son de gasolina y generalmente este tipo de motor es de carácter seco y como es un motor que entrega poca potencia se utiliza usualmente en motocicletas o maquinas manuales de ga solina, y tiene poco rendimiento térmico menor que un motor de cuatro tiempos. También tiene como característica que no lleva válvulas sino que es el pistón el que en su deslazamiento en el interior del cilindro, hace que el fluido operante entre y salga atreves de las lumbreras o orificios del cilindro.
El tipo de mezcla Por el encendido Por el modo de trabajo
Aire, combustible y aceite Por chipa eléctrica 1 vuelta del cigüeñal y dos carreras del pisto igual a un ciclo Por el tipo de refrigeración Aire Por la disposición de los Admisión; Compresión; cilindros Explosión; Escape. Su funcionamiento es que durante su carrera desde PMI al PMS el pistón hace salir a la atmosfera los gases quemados que ocupan el cilindro y abre la lumbrera de admisión por lo que los gases frescos de la atmosfera pasan al interior del cárter aspirados por la baja presión creada en el pistón en su desplazamiento , desde ese momento al final del recorrido se produce la compresión del aire o de la mezcla en el interior del cilindro, mientras continua la pre-admisión de gases frescos en el interior de l cárter, durante esta carrera la muñequilla del 0
cigüeñal ha girado 180 y se han realizados las siguientes fases barrido de gases residuales, compresión de la mescla y pre-admisión o llenado del cárter. Durante la segunda carrera que comienza cuando el pistón llega a punto muerto superior al final de la compresión, instante en el cual salta la chispa se inyecta el combustible y se inicia la combustión y se elevan la presión y la temperatura en el interior del cilindro generándose la fuerza que empuja al pistón y así produciendo trabajo. Durante el descenso del pistón primero se cierra la lumbrera de admisión y se comprime el aire o la mezcla en el interior del cárter y poco antes de llegar a punto muerto inferior el pistón abre las lumbreras de carga y escape, atreves de las cuales se produce el escape de gases quemados y el llenado del cilindro con gases frescos que a cierta presión ocupan el cárter, los cuales por el conducto de carga, favorecidos por la presión a que se encuentran sometidos, entran en el cilindro incidiendo en la superficie del deyector con lo que se impide al desviar su trayectoria que salgan si quemarse directamente por la lumbrera de escape a la ves empuja los gases quemados que quedan a la presión atmosférica en el interior del cilindro y los hace salir a la atmosfera. En esta segunda carrera la muñequilla del cigüeñal ha girado otros 1800 completando una vuelta del cigüeñal y se han realizado lo que es combustión y trabajo, pre-compresión de la mezcla en el cárter, escape y admisión. Como se ve en estos tipos de motores el ciclo completo se realiza en solo dos carreras del pistón y una vuelta del cigüeñal. ♦
Motor Wankel o rotativo rotativo:
Este motor se diferencia fácilmente pues no cuenta con pistones si no que utiliza util iza rotores, y es muy silencioso utiliza una mezcla aire combustible y aceite, tiene un encendido por chispa eléctrica y se refrigera con agua, los ciclos de trabajo son de la siguiente manera admisión, compresión, explosión, escape. En la etapa de admisión al rebasar un vértice la lumbrera de admisión, la mezcla entra en la cámara siguiente cuyo volumen aumenta debido a la orbita excéntrica del rotor, después en la etapa de compresión el rotor continua girando y la amara que contiene la mezcla, disminuye de volumen al tiempo que la comprime , luego en la etapa de explosión o donde se le suministra calor calor que se hace mediante bujías el el encendido hace que la mezcla se queme y expanda, impulsando al rotor en este tiempo de explosión , a la ves que aumenta
el volumen de la c ámara. La desventaja que tiene este tipo de motor es que es complicado controlar el nivel de emisiones contaminantes y tiene un alto consumo de gasolina , también se deben sustituir los sellos cada seis o siete años para conservar la estanqueidad del motor la ventaja de este motor es que tiene menos piezas móviles ,y se tiene suavidad en la marcha y se sienten menos vibraciones.
1.2 Por la disposición de los cilindros. Motores con cilindros en línea: Tiene los cilindros dispuestos en línea de forma vertical en un solo bloque.
Motores con cilindros en V: tiene los cilindros repartidos en dos bloques unidos por la base o 0
0
bancada, y formando un cierto ángulo de 60 ,90 etc.
Motores con cilindros opuestos: opuestos : Los cilindros van dispuestos en un ángulo de 180 0 en posición horizontal y en sentido opuesto y están unidos por la base o bancada.
1.3 Por la disposición de las válvulas. SV: hace tiempo que no se utilizan ya que las válvulas no están colocadas en la culata sino en el bloque den motor, lo que provoca que la cámara de compresión tenga que ser mayor y el tamaño de las cabezas de las válvulas se vea limitada.
OHV:: Se distingue por tener el árbol de levas en el bloque motor y las válvulas dispuestas en la OHV culata.
OHC: se distingue por tener el árbol de levas en la culata lo mismo que las válvulas.
DOHC: utilizado en motores de 3,4 y 5 válvulas por cilindro.
1.4 Por el tipo de aspiración. En este caso se puede mencionar dos tipos, los que son de aspiración natural y los que necesitan algún tipo de compresor: ♦
Motores de aspiración natural: Son motores en los que el cilindro de trabajo se llena por la
aspiración natural del pistón al hacer vacío es decir la presión atmosférica empuja al aire hacia adentro del pistón. Un motor diesel aspira solo aire el cual comprime y después inyecta el combustible al aire comprimido, de manera de que el combustible se enciende por causa de la alta temperatura del aire comprimido (un motor diesel comprime a un porcentaje de 14:1 hasta 25:1 con esta compresión se logra una mejor mejor eficiencia).
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Motores sobrealimentados : Estos
están dotados de un compresor que fuerza la mezcla de
aire-combustible o aire solo, según el caso, en el cilindro de trabajo. 1.5 Por el tipo de lubricación. Pueden ser: ♦
Motores de cárter húmedo: Motores donde existe un cárter que contiene aceite lubricante.
Como el motor tipo Otto que usa un lubricante el cual tiene como función principal de reducir el rozamiento entre las piezas del motor.
Otro topo de motor es el de dos tiempos que también es de carácter seco aunque las partes móviles están bañadas de lubricante. ♦
Motores de cárter seco: En este caso el cárter está vacío y el lubricante entra al motor
mezclado con la gasolina. Como los motores de dos tiempos.
2 Descripción del funcionamiento 2.1 Motor encendido por chispa. En los motores de gasolina resulta necesario producir una chispa entre dos electrodos separados en el interior del cilindro en el momento justo y con la potencia necesaria para iniciar la combustión. Para generar la chispa se crea un arco eléctrico entre los dos electrodos, este fenómeno del salto de la electricidad entre dos electrodos depende de la naturaleza y temperatura de los electrodos y de la presión reinante en la zona del arco por lo cual tenemos que una chispa puede saltar con mucho menos voltaje en el vacío que cuando hay presión y que a su vez, el voltaje requerido será mayor a medida que aumente la presión reinante. Antes encendido de la chispa se suministra una mezcla de aire combustible mediante el carburador o por inyección de gasolina, el conducto de admisión se calienta, el combustible se evapora y se mezcla íntimamente con el aire. Esta mezcla está preparada para el encendido, en ese momento una chispa producida dentro de la masa de la mezcla comienza la combustión. Esta combustión produce un notable incremento de la presión dentro del cilindro que empuja el pistón con fuerza para producir trabajo útil. Cuando se produce la chispa se inicia el encendido primero alrededor de la zona de la chispa, esta luego avanza hacia el resto de la cámara como un frente de llama, hasta alcanzar toda la masa de la mezcla. Este proceso aunque rápido no es instantáneo, demora cierto tiempo, por lo que nuestro sistema debe producir la chispa un tiempo antes de que sea necesario el incremento brusco de la presión, es decir antes del punto muerto superior, a fin de dar tiempo a que la llama avance lo suficiente en la cámara de combustión, y lograr las presiones en el momento adecuado, recuerde que el pistón está en constante movimiento. A este tiempo de adelanto de la chispa con respecto al punto muerto superior se le llama avance al encendido.
2.1.1 Dos tiempos. Motores donde todo el ciclo de trabajo se realiza en cada vuelta de cigüeñal. Los motores de dos tiempos de gasolina, generalmente son de c arácter seco, y encuentran su mayor campo de aplicación en las pequeñas potencias: motocicletas, máquinas manuales a gasolina.
Durante la carrera ascendente del pistón, se comprime la mezcla de aire y gasolina, previamente introducida en el cilindro. Al mismo tiempo y debido al movimiento del pistón, se produce vacío en el carter del motor, obligando a entrar mezcla nueva de aire y gasolina procedente del carburador, por un conducto provisto de un válvula de apertura por la propia succión. De manera entonces, que durante esta carrera ascendente se producen dos atapas del ciclo de trabajo, es decir: Compresión, admisión. Una vez que el pistón llega al punto muerto superior, tendremos la mezcla completamente completamente comprimida, y lista para la aparición de la chispa en la bujía, y además, el carter o carcasa del motor lleno con mezcla fresca procedente del carburador. Como en todo motor de pistones, en ese momento se produce el salto de la chispa en la bujía y se inflama la mezcla, produciendo la carrera descendente del pistón y generando trabajo.
Cuando el pistón realiza su carrera c arrera de descenso, impulsado por la fuerza de los gases de la combustión, y estos han perdido perdido ya suficiente energía, energía, el propio pistón descubre descubre un agujero lateral conocido como lumbrera que comunica al exterior. La presión remanente aun en los gases, hace que estos escapen del cilindro. Al mismo tiempo, el movimiento descendente descendente del pistón, comprime la mezcla fresca de aire y gasolina del carter ( la válvula se ha cerrado) elevando allí la presión. Con el consecuente movimiento descendente, descendente, el pistón termina por descubrir otra lumbrera inferior, que comunica con el carter, y permite la entrada de la mezcla fresca comprimida al interior del cilindro, para comenzar un nuevo ciclo de compresiónadmisión.
2.1.2 Cuatro tiempos. En este caso el ciclo de trabajo se realiza por cada dos vueltas del cigüeñal. Durante la carrera de descenso del pistón, se abre una válvula conocida como válvula de admisión (la de la izquierda) y entra al cilindro (según indican las flechas) la mezcla de aire y gasolina atomizada (previamente elaborada en el carburador o por la inyección), inyección), debido al vacío resultante. resultante. La otra válvula o válvula de escape (la de la derecha) derecha) permanece cerrada. Cuando el pistón llega al punto muerto inferior todo el cilindro está lleno de la mezcla combustible y el pistón comenzará a subir. En el momento en que el pistón sube, se cierra la válvula de admisión y la de escape permanece cerrada, por lo que se produce la compresión de la mezcla de aire y combustible. Esta parte del
ciclo se conoce como carrera de compresión, durante ella y debido al aumento de presión, el
aire se calienta, la gasolina se evapora y mezcla íntimamente
con el aire, quedando preparada para el encendido, que se produce cuando el pistón alcanza una posición muy próxima al punto mas alto conocido como punto muerto superior . Este encendido se produce debido al salto de una chispa eléctrica en la bujía (en el centro), muy bien sincronizada en el momento preciso. La inflamación de la mezcla produce un aumento brusco de la presión que empuja el pistón hacia abajo para producir la fuerza de trabajo del motor. Cerca del punto muerto inferior los gases se han enfriado un poco y perdido parte de la presión por lo que ya no son útiles para realizar el trabajo, en ese momento se abre la válvula de escape y comienza la última parte del ciclo.
2.2 Motor encendido por compresión .
Este se utiliza en los motores de Diesel este auto encendido se produce por la elevadas temperaturas causado por la elevada compresión del aire y cuando se le es inyectado el gas-iol combustión.
2.2.1 Dos tiempos. Motores donde todo el ciclo de trabajo se realiza en cada vuelta de cigüeñal. Estos motores son de pistón donde las cuatro etapas del ciclo de trabajo se realizan en solo una vuelta del cigüeñal. Ambas caras del pistón realizan una función función simultáneamente. La entrada entrada y salida de los gases del motor se realiza atreves de unos orificios situados en el cilindro, este motor carece de válvulas que abren y cierran el paso de los gases. El cárter debe estar sellado y cumple la función de cámara de pre-compresión y la lubricación de este motor se consigue mezclando aceite con combustible en una proporción que varia entre el 2 y 5 porciento. Funciona similar al motor de dos tiempos con gasolina.
2.2.2 Cuatro tiempos. En este caso el ciclo de trabajo se realiza por cada dos vueltas del cigüeñal. Durante la carrera de descenso del pistón, se abre una válvula conocida como válvula de admisión donde solo entra al cilindro aire sin combustible que también se calienta, luego luego cerca del punto muerto superior, se inyecta el combustible a muy alta presión dentro del cilindro finamente atomizado, con un dispositivo conocido como inyector; la temperatura del aire enciende el
combustible espontáneamente (sin bujía) y se produce el aumento de presión. Luego la gran presión de los gases, al quemarse el combustible hace descender el pistón con gran fuerza y es en este momento que el motor puede producir trabajo útil capaz de mover una carga. Cerca del punto muerto inferior los gases se han enfriado un poco y perdido parte de la presión por lo que ya no son útiles para realizar el trabajo, en ese momento se abre la válvula de escape y comienza la última parte del ciclo.
3 Especificaciones de motores Cada alumno deberá seleccionar un motor comercial de gasolina y otro tipo Diesel, e investigar sus especificaciones básicas.
Motor de un BMW Serie 7 750i 407 Cv (motor de gasolina).
3.1 Carrera del pistón: 89,0 mm 3.2 Diámetro del pistón: 88,3 mm 3.3 Número de cilindros: 8 cilindros en V 3.4 Desplazamiento: 4.395 cc 3.5 Relación de compresión: 10,0 : 1
3.6 Par máximo (@rpm): 600 Nm / 1.500 r.p.m. - 4.500 r.p.m 3.7 Potencia máxima (@RPM): 407 Cv / 5.500 r.p.m. - 6.400 r.p.m 3.8 Orden de encendido: 1-3-7-2-6-5-4-8 3.9 Otra información que consideren relevante: Válvulas por cilindro: 4 Combustible: Gasolina Alimentación: Inyección directa de gasolina (High Precision Inyection). Dos
turbocompresores Desarrollo (km/h a 1.000 r.p.m.): 4,17 / 2,34 / 1,52 / 1,14 / 0,87 / 0,69; Marcha atrás: 3,40 Relación del diferencial: 3,73
Motor tipo diesel. Motor Diesel Perkins 404C-22G
3.1 Carrera del pistón: 84 mm 3.2 Diámetro del pistón: 100 mm 3.3 Número de cilindros: 4 en línea 3.4 Desplazamiento: 2.2 litros 3.5 Relación de compresión: 23.3 :1
3.6 Par máximo (@rpm): 1800 3.7 Potencia máxima (@RPM): 24.3 KW (32.6 HP) 3.8 Orden de encendido: 3.9 Otra información que consideren relevante: Aspiración: natural Gobernador: mecánico, clase ai Filtro de aire: seco con elemento reemplazable Velocidad del pistón: 7.62 mts/segundo Sistema de lubricación: por presión, 10.6 litros, filtro Tipo de aceite requerido: api cd 15 w-40 Encendido: por batería 12 v, alternador de carga Enfriamiento: radiador de 6.98 litros, bombas de agua tipo centrífuga, termostato. Silenciador: industrial Nivel de ruido: 91 dbs Consumo combustible: a 100% de carga 1.9 gal/hora Tipo de acople: sae 4, disco 7.5
Referencias: http://www.slideshare.net/linkin_po/clasificacin-de-los-motores-presentation
http://www.coches.net/comparativa-bmw-serie_7-berlina-750i_xdrive-gasolina--vs-audi-a8berlina-l_42_fsi_372cv_quattro_tiptronic-gasolina--785242920100901-794611920101022coft.aspx http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_teorico.pdf http://www.sabelotodo.org/automovil/diesel.html http://www.sabelotodo.org/automovil/sistencendido.html
