PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES
El motor de combustión interna funciona con base a los siguientes principios:
Primera ley de la termodinámica: de acuerdo con esta Ley, el motor de combustión interna convierte la energía calorífica producida en la explosión de la mezcla aire combustible, en energía mecánica.
Segunda Ley de la Termodinámica: El motor sólo puede convertir una parte del calor en esfuerzo mecánico útil, las restantes partes se disipan en otras formas no aprovechables de energía, este fenómeno se conoce como “eficiencia térmica del motor”.
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COMBUSTION INTERNA: Realizan la combustión dentro de la propia maquina, tales como el motor OTTO, motor DIESEL, Turbina de Gas.
CLASIFICACION MOTORES C.I. SEGÚN LAS CARRERAS DOS TIEMPOS: Requieren un giro del cigüeñal para completar un ciclo. 2T, el ciclo consta de 2 etapas: la admisión - compresión, y la segunda es la expansión – escape CUATRO TIEMPOS: Requieren dos giros del cigüeñal para completar un ciclo. 4T, necesitan 4 etapas, admisión, compresión, expansión o explosion y escape.
CICLOS DE FUNCIONAMIENTO MOTOR C.I.
Como ya lo mencionamos los M.C.I, funcionan gracias al movimiento de rotación del cigüeñal, el cual es originado por el movimiento rectilíneo hacia abajo y arriba del pistón dentro del cilindro denominado carrera, que hace girar el cigüeñal por medio de las bielas; durante estas carreras se suceden una serie de “Ciclos” (admisión, comprensión, fuerza y escape)
Los M.C.I. no importan del tipo que sean, presentan una estructura elemental constituida por: cilindro, pistón o embolo, biela, cigüeñal, volante, cárter, válvulas de admisión y escape, múltiples de admisión y escape. Para que los ciclos del motor puedan llevarse a cabo es necesario que haya un impulso inicial, el cual puede ser ocasionado por diferentes mecanismos dependiendo del tamaño o complejidad del motor (palanca, resorte, cuerda, motor de arranque); siguen después los ciclos sucesivos de la explosión sobre la cabeza del pistón, cuyo golpe por la volante y contrapeso facilita el movimiento giratorio uniforme del eje del cigüeñal; esto permite el paso de los otros tres ciclos del pistón los cuales se describen a continuación para los cuatro clase de motores de combustión interna que hemos mencionado
MOTORES DE 4 TIEMPOS Es un motor térmico que funciona mediante combustión interna con ciclo provocado y de 4 etapas que son: Admisión, Compresión, Expansión o explosión Escape
Los motores de cuatro tiempo pueden ser de dos tipos: a gasolina o diesel.
El motor a gasolina de cuatro tiempos: este tipo de motor se caracteriza porque: El tipo de combustible utilizado en la explosión es la gasolina que es muy volátil. La gasolina se mezcla con el aire en el carburador y posteriormente ingresa al cilindro en forma de mezcla combustible, esta mezcla es de 13,8 kg de aire por 1kg de gasolina. La ignición del combustible ocurre por la ocurrencia de una chispa eléctrica generado por una bujía.
El motor diesel de cuatro tiempos: presenta las siguientes características. El combustible que utiliza es gasóleo o ACPM, también llamado aceite combustible para motores o combustible diesel. Aspira y comprime aire puro. El combustible se inyecta directamente al cilindro en donde se mezcla con el aire La ignición ocurre por calor de compresión La relación de aire combustible es de 14,5 a 1.
FUNCIONAMIENTO
Punto Muerto (PM): Puntos en la carrera del pistón que se mueve por inercia, siendo el PMS, punto muerto superior cuando el pistón está en la parte superior del cilindro, y PMI, punto muerto inferior cuando el pistón se encuentra en la parte inferior del cilindro)
El ciclo teórico de un motor 4T se comporta termodinámicamente como una aproximación al ciclo de Otto. Se analiza en un diagrama presión-volumen. Teniendo en cuenta tres variables que son la presión en el interior del cilindro, el volumen, y la temperatura de la mezcla.
3
2 4 0 1
PRIMER TIEMPO - ADMISION
El sistema evoluciona desde el punto 0 al 1, la mezcla aspirada se encuentra a la presión P1 que es igual a la atmosférica y a la temperatura exterior ambiente (T1) el volumen del cilindro aumenta de V0 a V1 es por lo tanto un proceso de isóbaro.
SEGUNDO TIEMPO - COMPRESION
El sistema evoluciona desde el punto 1 al 2 la compresión hace disminuir el volumen de V1 a V0 y la presión aumentan de P1 a P2 el proceso se hace con la suficiente rapidez como para considerarlo adiabático (no hay variación de calor).
TERCER TIEMPO – EXPLOSION EXPANSION En el punto 2 se realiza el encendido de la mezcla, el sistema evoluciona de 2 a 3 la combustión, hace que tanto la presión como la temperatura aumenten considerablemente, y se produce una cesión de calor Q1 del combustible al motor, Este proceso es isócoro (el volumen no varía). Durante la carera de expansión, el sistema pasa del punto 3 al 4 los gases de la combustión se expanden pasando a ocupar un volumen V1 la presión disminuye y el proceso se hace con la suficiente rapidez como para considerarlo adiabático (no hay variación
CUARTO TIEMPO – ESCAPE
En el punto 4 se abre la válvula de escape, el sistema evoluciona de 4 a 1 la presión a y la temperatura descienden a los valores iníciales y el motor cede calor al exterior Q2, el proceso es isócoro (a volumen constante) Durante la carrera de escape el sistema pasa del punto 1 al 0 cerrando el ciclo, los residuos de la combustión son expulsados al exterior, el volumen del cilindro disminuye de V1 a V0 , este proceso es isóbaro e isotérmo.
Tiempo 1º Admisión. Tiempo 2º Compresión Tiempo 3º Explosión - Combustión – expansión Tiempo 4º Expulsión o escape
FACTORES DE BAJO RENDIMIENTO PARA MCI A GASOLINA La combustión, no suele ser completa, y siempre se produce algo de monóxido de carbono. No utilizamos todo el aporte calorífico, solo usamos un 99,7%. Los gases del escape, son expulsados a una temperatura muy elevada, con lo que se pierde aproximadamente un 25% de calor. Existe intercambio de calor entre las paredes y el motor, lo cual obliga a refrigerar estas. Se puede observar que los procesos no son puramente adiabáticos, ya que el motor se calienta. Perdemos aprox. 25% del calor. La combustión no se de forma instantánea y tiene lugar con un pequeño aumento del volumen. Esto nos informa que el proceso isócoro no es realmente isócoro. Un 0.8% de pérdidas. Para corregirlo lo que se hace es un avance de encendido que consiste en provocar la explosión, un poco antes de que el pistón complete su segunda carrera.
MOTORES DIESSEL 4 TIEMPOS Un motor diésel de 4T realiza su ciclo igual a un motor OTTO de 4T con la diferencia que le Diésel comprime aire y no la mezcla de aire -combustible
CICLO DE UN MOTOR DIESEL 4 TIEMPOS
COMPARACION CICLO OTTO CICLO DIESSEL 4 TIEMPOS
CICLO OTTO
Q ' y Q ' ' se deben a las dos
fases de combustión en los motores Diesel. La fase de combustión a volumen constante y la fase de combustión a presión
MOTORES DE 2 TIEMPOS
Los motores de dos tiempos realizan los mismos ciclos que el motor de cuatro tiempo; permitir el ingreso de la mezcla combustible al cilindro, comprimirla y explosionarla, para que produzca fuerza y evacuar los gases quemados, realizando todo este proceso en tan sólo dos carreras del pistón.
Se trata de un motor térmico de combustión interna con encendido provocado y con un proceso de dos tiempos también llamado dos carreras.
Un motor de 2T no lleva válvulas de admisión ni de escape, sino dos conductos llamados lumbreras de admisión (La) y de escape (Le).
La mezcla de combustible y de aire no entra directamente al cilindro, pasa primero por el carter donde es aspirada por la lumbrera de admisión y de aquí pasa al cilindro mediante la lumbrera de carga (Lc).
Carrera ascendente de PMI a PMS Compresión: el pistón cierra las lumbreras de admisión y escape y comprime la mezcla de aire – gasolina – aceite dentro del cilindro. Preadmisión: la lumbrera de admisión es descubierta por el pistón y la succión creada éste en su carrera de ascenso obligando a la mezcla del carburador a ingresar al cárter El pistón llega al PMS completando una carrera en tanto el cigüeñal ha girado 180°
Carrera descendente de PMS a PMI
Explosión:
en el momento de máxima compresión, la bujía produce una chispa, que hace explosionar la mezcla como en el motor de cuatro tiempos a gasolina. Fuerza: la fuerza expansiva de la explosión obliga al pistón a descender, esta fuerza se transmite al cigüeñal y a la volante, en donde se acumula por unos instantes y continúa la preadmisión. Precompresión: al descender el pistón cierra la lumbrera de preadmisión y comprime la mezcla que se encuentra en el cárter. Escape: al continuar descendiendo el pistón, se descubre la lumbrera de escape y la presión remanente en el cilindro inicia la evacuación de gases quemados Admisión: finalmente, el pistón llega a PMI y descubre la lumbrera de admisión, la mezcla del cárter entra al cilindro impulsada por la compresión previa y ayuda a terminar la evacuación de los gases quemados. El pistón ha girado otros 180° completando 360°
COMPARACION MOTOR DE 4T vs 2T
