motores de combustión interna

Motores de combustión interna

Un motor de combustión interna basa su funcionamiento, como su nombre lo indica, en el quemado de una mezcla comprimida de aire y combustible dentro de una cámara cerrada o cilindro, con el fin de incrementar la presión y generar con suficiente potencia el movimiento lineal alternativo del pistón.

Estos motores de subdividen en dos tipos, motor Otto (motor a gasolina) y motor diésel.

El motor de gasolina es un motor alternativo, de combustión interna, con encendido por chispa, de cuatro tiempos, que convierte la energía química que contiene el combustible en energía cinética. El proceso se inicia con la mezcla homogénea de gasolina y aire fuera de la cámara de combustión en un elemento llamado carburador. La mezcla obtenida se hace llegar a dicha cámara, donde es comprimida. La combustión se inicia por un sistema de encendido externo al motor (bujía) de control temporizado. En el interior del cilindro se inflama y quema la mezcla de aire y gasolina. El calor generado por la combustión provoca un incremento en la presión de los gases, previamente comprimidos originando un trabajo mecánico a través del pistón, la biela y el cigüeñal. Los gases quemados son expulsados por el tubo de escape y son sustituidos por una nueva porción de mezcla tras cada carrera de combustión, todo ello se produce según el principio de los cuatro tiempos.

Un ciclo Otto es una aproximación teórica al comportamiento de un motor de encendido por bujía o de explosión. Los cuatro tiempos esenciales del motor son los siguientes:

• Admisión: El pistón desciende con la válvula de admisión abierta, aumentando la cantidad de mezcla (aire y combustible) en la cámara. (Expansión a presión constante puesto que al estar la válvula abierta la presión es igual a la exterior). E-A.

• Compresión: El pistón asciende comprimiendo la mezcla, ambas válvulas permanecen cerradas (Comprensión adiabática). A-B.

• Expansión: Debido a la combustión se produce un ascenso brusco de temperatura que empuja al pistón hacia abajo, realizando trabajo sobre él, las válvulas continúan cerradas. (Expansión adiabática). C-D.

• 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. No obstante, dado que la cantidad de aire que sale y la que entra es la misma podemos, desde el punto de vista del balance energético, suponer que es el mismo aire, que se ha enfriado. Este enfriamiento ocurre en dos fases. Cuando el pistón se encuentra en el punto muerto inferior, el volumen permanece aproximadamente constante D-A.

El motor diésel funciona por auto encendido. Por el proceso de compresión se calienta el aire aspirado en los cilindros a una temperatura de entre 700 y 900 ºC aproximadamente, lo cual provoca un encendido automático al inyectar combustible. Por lo tanto, un motor diésel necesita una mayor compresión (relación de compresión 20-24:1) y una estructura más estable que el motor de gasolina. Para alcanzar la temperatura necesaria incluso en condiciones de funcionamiento adversas (arranque en frío o helada), deberá aplicarse más calor a la cámara de combustión.

El calentador funciona básicamente como un calentador de inmersión: la energía eléctrica es conducida por una resistencia en espiral, que se calienta hasta alcanzar una temperatura muy elevada (hasta 1000 °C).Los calentadores deberán ponerse en funcionamiento no sólo durante el proceso de arranque, sino también, dependiendo de la temperatura, durante 3 minutos como máximo en la fase de calentamiento. Este es el único modo de garantizar desde el principio un ciclo alto y bajas emisiones, por lo que la vida útil de los calentadores deberá ser mayor.

sistemas auxiliares

sistema de encendido:

Cuando se habla de sistema de encendido generalmente nos referimos al sistema necesario e independiente capaz de producir el encendido de la mezcla de combustible y aire dentro del cilindro en los motores de gasolina o LPG, conocidos también como motores de encendido por chispa, ya que en el motor Diesel la propia naturaleza de la formación de la mezcla produce su auto-encendido.

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.

Durante la carrera de admisión la mezcla que ha entrado al cilindro, bien desde el carburador, o bien mediante la inyección de gasolina en 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.

sistema de inyección:

 Todos los sistemas modernos de inyección de combustible utilizan inyección indirecta. Una bomba especial envía el combustible a presión desde el tanque de combustible hasta el compartimiento del motor donde, todavía bajo presión, se distribuye individualmente en cada cilindro.

Dependiendo del sistema en particular, el combustible es disparado hacia el colector de entrada o puerto de entrada a través de un inyector. Esto funciona de manera muy similar a la boquilla de pulverización de una manguera, asegurando que el combustible salga como una niebla fina. El combustible se mezcla con el aire que pasa por el colector de entrada o puerto y la mezcla de combustible/aire entra en la cámara de combustión.

Los inyectores pueden ser uno de dos tipos, dependiendo del sistema de inyección. El primer sistema utiliza inyección continua, donde el combustible es rociado en todo momento en el puerto de entrada mientras el motor está en marcha. El inyector simplemente actúa como una boquilla de pulverización fina para el combustible (no controla el flujo de combustible). La cantidad rociada es controlada por una unidad de control mecánica o electrónica, es como abrir o cerrar una canilla.

El otro sistema es la inyección temporizada (inyección pulsada), donde el combustible es entregado en enormes cantidades para que coincida con el golpe de admisión del cilindro. Al igual que con la inyección continua, la inyección temporizada también puede ser controlada de forma mecánica o electrónica.

sistema de lubricacion:

Los aceites empleados para la lubricación de los motores pueden ser tanto minerales,como sintéticos.
Las principales condiciones o propiedades del aceite usado para el engrase de motores son: resistencia al calor, resistencia a las altas presiones, anticorrosivo, antioxidante y detergente.La presión a la que circula el aceite, desde la salida de la bomba hasta que llegue a los puntos de engrase debe ser la correcta para que el aceite llegue a los puntos a engrasar, no conviene que sea excesiva, ya que aparte de ser un gasto innecesario llegaría a producir depósitos carbonosos en los cilindros y las válvulas.Para conocer en todo momento la presión del sistema de engrase, se instala en el salpicadero un manómetro, que está unido a la tubería de engrase, y nos indica la presión real. O bien una luz situada en el tablero de instrumentos, que se enciende cuando la presión es insuficiente.

sistema de enfriamiento:

Un bloque refrigerado por agua del motor y la culata, tienen canales interconectados de refrigeración funcionando a través de ellos. En la parte superior de la culata todos los canales convergen en una única salida.

Una bomba accionada por una polea y una correa desde el cigüeñal, expulsa refrigerante caliente del motor hacia el radiador, lo cual es un tipo de intercambiador de temperatura.

El calor no deseado pasa del radiador al flujo de aire y entonces, el líquido refrigerante regresa a una entrada en la parte inferior del bloque y fluye nuevamente hacia los canales.

Por lo general, la bomba envía el refrigerante hacia arriba por el motor y hacia abajo a través del radiador, y aprovechando el hecho de que el agua caliente se expande, éste se vuelve más ligero y eleva por encima agua fría cuando se calienta. Su tendencia natural es a fluir hacia arriba y la bomba asiste en la circulación.

El radiador está conectado al motor por medio de mangueras de goma y cuenta con un tanque superior e inferior unidos por un núcleo de varios caños delgados.

Los caños pasan a través de agujeros en una pila de aletas delgadas de chapa, de modo que el núcleo tenga un área de superficie muy grande y pueda perder calor rápidamente gracias al aire más frío que pasa a través de ésta.

motores de propulsión a chorro

Los sistemas de propulsión por chorro no autónomos, es decir, que necesitan propulsar aire exterior, fundamentalmente, son denominados Aerorreactores. Naturalmente estos sistemas, por su naturaleza, tienen limitada su actuación al espacio que abarca la atmósfera terrestre. Tras la “captura” del gasto de aire necesario la primera etapa es conseguir una compresión del mismo a fin de elevar su presión y temperatura y poder realizar así una combustión mucho mas eficiente del combustible inyectado. En función del modo en que se logre esta compresión se pueden clasificar los aerorreactores de la manera siguiente: Si la compresión es “activa”, es decir, mediante la actuación de un compresor: Turborrectores.

Turbofanes.

Si la compresión se “pasiva” es decir, se logra por condicionamientos aerodinámicos en alta velocidad: 

Estatorreactores.

Pulsorreactores.

turbinas de gas

La turbina de gas es un tipo de turbina de combustión interna. En términos generales, se puede decir que una turbina es un aparato de conversión de energía que convierte la energía almacenada en el combustible en energía mecánica útil en forma de energía rotacional. El término "gas" se refiere al aire ambiente que es absorbido y pasa al interior de la turbina y es utilizado como medio de trabajo en el proceso de conversión de la energía.

El aire es absorbido en primer lugar hacia el interior de la turbina, donde se comprime, se mezcla con el combustible y se enciende. El gas caliente resultante se expande a gran velocidad a través de una serie de álabes de forma aerodinámica transfiriendo la energía creada en la combustión para hacer girar un eje de salida. La energía térmica residual del gas de escape caliente puede ser aprovechada en una variedad de procesos industriales.

referencias

A, Arango. (2009). (CONCEPTOS TERMODINÁMICAS APLICADOS AL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA). recuperado de: http://www.banrepcultural.org/blaavirtual/ciencias/sena/mecanica/gas-preconversion-vehiculos/gaspre6a.htm


NGK. (2017). (funcionamiento del motor diesel). recuperado de: https://www.ngk.de/es/tecnologia-en-detalle/calentadores/principios-de-los-calentadores/funcionamiento-del-motor-diesel/


spriy. (2009). (mecanica del automovil). recuperado de:                http://mecanicayautomocion.blogspot.mx/2009/02/engrase-indice-introduccion-aceites.html



solar turbines incorporated. (2016). (turbina de gas). recuperado de:              https://mysolar.cat.com/es_MX/products/gas-turbine-overview.html