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MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION
INGENIERIA MECANICA
Motores de
combustión interna
Cabimas, Agosto 2014
Resumen.
El motor de combustión interna por ser una de las maquinas que mejor representa
la aplicación de la termodinámica en la vida real, la energía generada por la
combustión de gasolina, se transforma en trabajo, que a su vez provoca un
movimiento.
Casi todos los automóviles de hoy utilizan lo que es llamado un ciclo de
combustión de cuatro tiempos para convertir gasolina a movimiento.
Con el paso del tiempo estas maquinas son cada vez más capaces y veloces, así
como mucho más complejas.
Introducción.
Un motor de combustión interna, motor a explosión o motor a pistón, es un tipo de
máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un
combustible que arde dentro de la 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. Es una máquina que mezcla oxígeno con
combustible gasificado. Una vez mezclados íntimamente y confinados en un
espacio denominado cámara de combustión, los gases son encendidos para
quemarse. Debido a su diseño, el motor, utiliza la explosión generada por la
combustión, como energía para producir el movimiento giratorio.
Desarrollo.
Motores de combustión interna.
Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía
mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que
arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor.
Los primeros prototipos carecían de la fase de compresión; es decir, la fase de
succión terminaba prematuramente con el cierre de la válvula de admisión antes
de que el pistón llegase a la mitad, lo que provocaba que la chispa que generaba
la combustión que empuja la carrera del pistón fuese débil. Como consecuencia el
funcionamiento de estos primeros motores era deficiente. Fue la fase de
compresión la que dio una eficiencia significativa al motor de combustión interna,
que lograría el reemplazo definitivo de los motores a vapor e impulsaría el
desarrollo de los automóviles, ya que lograba desarrollar una potencia igual o
mayor en dimensiones considerablemente mucho más reducidas.
El ciclo de cuatro tiempos también es conocido como ciclo de OTTO, estos son:
1.- Ciclo de admisión.
El pistón baja dentro del cilindro aspirando una mezcla de oxígeno y combustible
por la válvula de entrada, mientras que la válvula de salida está cerrada. El
oxígeno aumenta la fuerza de la explosión. Sin oxígeno no puede haber fuego.
2.- Ciclo de compresión.
Las dos válvulas, entrada y salida, están cerradas. El pistón sube, comprimiendo
la mezcla de combustible y oxígeno, así la explosión será aún mayor.
3.- Ciclo de explosión.
En este punto de máxima presión, la bujía produce una pequeña chispa en la
mezcla. Se produce la explosión que hace bajar al pistón, produciendo el
movimiento.
4.- Ciclo de escape.
El pistón vuelve a subir y la válvula de salida se abre dejando escapar los gases
producidos por la explosión.
Todo este proceso se repite sin descanso. Además, esto ocurre en varios cilindros
simultáneamente. Mientras más pistones tengan el motor, mayor será su
capacidad para realizar un trabajo, mayor potencia.
Al igual que el cuerpo humano, la forma de producir energía de un motor de
combustión debe estar acompañada por otros sistemas de soporte.
Los más importantes de estos sistemas son:
1.- El sistema de alimentación de combustible de un motor: consta de un
depósito, una bomba de combustible y un dispositivo de combustible que vaporiza
el combustible desde el estado líquido, en las proporciones correctas para poder
ser quemado. Se llama carburador al dispositivo que hasta ahora venía siendo
utilizado con este fin en los motores
2.- El sistema de distribución: es el encargado de hacer entrar y salir los
reactivos y productos de la reacción de combustión. Está constituido por un
conjunto de válvulas y un árbol de levas. Cada cilindro toma el combustible y
expulsa los gases a través de válvulas de cabezal o válvulas deslizantes. Un
muelle mantiene cerradas las válvulas hasta que se abren en el momento
adecuado.
3.- El sistema de encendido en los motores: necesitan una forma de iniciar la
ignición del combustible dentro del cilindro. En los motores, el sistema de ignición
consiste en un componente llamado bobina de encendido, que es un auto-
transformador de alto voltaje al que está conectado un conmutador que interrumpe
la corriente del primario para que se induzca un impulso eléctrico de alto voltaje en
el secundario.
4.- El sistema de refrigeración: es necesario porque la combustión produce
calor, todos los motores deben disponer de algún tipo de sistema de refrigeración.
En estos motores se utiliza refrigeración por agua, lo que implica que los cilindros
se encuentran dentro de una carcasa llena de agua que en los automóviles se
hace circular mediante una bomba. El agua se refrigera al pasar por las láminas
de un radiador. Es importante que el líquido que se usa para enfriar el motor no
sea agua común y corriente porque los motores de combustión trabajan
regularmente a temperaturas más altas que la temperatura de ebullición del agua.
Esto provoca una alta presión en el sistema de enfriamiento dando lugar a fallas
en los empaques y sellos de agua, así como en el radiador; se usa un refrigerante,
pues no hierve a la misma temperatura que el agua, sino a más alta temperatura,
y que tampoco se congela a temperaturas muy bajas.
5.- El sistema de arranque: Si observamos un carro antiguo veríamos que
alguien debería darle a una especie de manivela para producir el arranque del
motor. El motor de arranque es necesario porque los motores de combustión
interna no producen un par de fuerzas cuando arrancan, lo que implica que debe
provocarse el movimiento del cigüeñal para que se pueda iniciar el ciclo. Los
motores de automoción utilizan un motor eléctrico (el motor de arranque)
conectado al cigüeñal por un embrague automático que se desacopla en cuanto
arranca el motor. Por otro lado, algunos motores pequeños se arrancan a mano
girando el cigüeñal con una cadena o tirando de una cuerda que se enrolla
alrededor del volante del cigüeñal.
Otros sistemas de encendido de motores son los iniciadores de inercia, que
aceleran el volante manualmente o con un motor eléctrico hasta que tiene la
velocidad suficiente como para mover el cigüeñal. Ciertos motores grandes utilizan
iniciadores explosivos que, mediante la explosión de un cartucho mueven una
turbina acoplada al motor y proporcionan el oxígeno necesario para alimentar las
cámaras de combustión en los primeros movimientos. Los iniciadores de inercia y
los explosivos se utilizan sobre todo para arrancar motores de aviones.
Motores sobrealimentados.
En los motores sobrealimentados, la presión dentro del cilindro al terminar la
carrera de admisión es mayor que la presión atmosférica del exterior. Esta sobre-
presión supone que hay mas aire dentro del cilindro que el que hubiera podido
almacenarse en la aspiración natural, lo que significa a su vez, que la presión final
del ciclo de compresión será también mayor. Como la eficiencia del proceso termo
dinámico de conversión de energía térmica a mecánica del ciclo de trabajo del
motor crece con el aumento de la presión final de la compresión, la sobre
alimentación supone un incremento de la eficiencia del motor, es decir, un mejor
aprovechamiento de la energía del combustible como trabajo útil.
La fuente de energía que permite que un motor de combustión interna trabaje, es
el calor producido por la combustión de una mezcla de aire con cierto tipo de
combustible.
El proceso de combustión tiene lugar dentro de un cilindro sellado que contiene un
pistón, una biela-manivela y todo el conjunto se mueve de arriba hacia abajo.
Dentro del cilindro el pistón se mueve y transforma la fuerza de presión que se
produce dentro de la cámara de combustión en un torque suficientemente fuerte
para mover un eje, es decir que el movimiento rectilíneo del pistón se convierte en
movimiento de rotación. Cuando la combustión tiene efecto el calor producido se
convierte en presión que es utilizada mecánicamente para producir potencia. A
medida que el combustible se quema y el pistón desciende, la cámara se hace
más grande.
Clasificación de los motores de combustión interna.
1) Según la disposición de los cilindros:
Motores en línea: que tienen los cilindros colocados uno detrás del otro-
Motores en V: los cilindros están dispuestos en el block formando un
determinado ángulo.
Motores de cilindros opuestos: los cilindros están dispuestos en el block
formando un ángulo de 180°, esto permite un funcionamiento más
equilibrado del motor.
Motores de cilindros radiales: son aquellos en que sus cilindros están
dispuestos en estrella.
2) Según el número de cilindros:
Monocilindricos: el motor consta de un solo cilindro.
Policilindricos: es cuando el motor tiene dos o más cilindros.
3) Según la disposición de las válvulas:
Disposición de culata en I: tiene ambas válvulas ubicadas en la culata del
motor, paralela al cilindro y arriba del mismo, de forma que cada una de las
válvulas se abra hacia abajo en la cámara de combustión. Las válvulas de
culata en I son muy usadas en motores modernos de uno y más cilindros.
Válvulas de culata en H: se encuentran únicamente en disposiciones de
cilindros múltiples en bloquea en “V” y, al igual que la culata en I, las
válvulas están en la culata
Disposición de culata en L: son comunes en los motores pequeños
enfriados por aire por que son compactas y requieren un mínimo de piezas,
ambas válvulas se encuentran en el block y están paralelas al cilindro.
Disposición de culata en F: se utiliza a veces para dejar espacio
suficiente para válvulas de admisión grandes.
D. De acuerdo al ciclo de trabajo: estos pueden ser de cuatro tiempos y
de dos tiempos
E. De acuerdo al combustible que utilizan los motores: Gasolina o gas
licuado y gasoil (diesel).
F. De acuerdo a la refrigeración: pueden ser por agua y por aire.
Algunas clasificaciones de los motores de automóvil:
Motores Diesel: Motores que se alimentan solo de aire que comprime y
calienta.
Motores de gasolina: Se alimentan con una mezcla de aire-gasolina que
es encendida por una chispa eléctrica.
Motores de Gas: Igual a los de la gasolina, solo que tiene una mezcla de
gas combustible y aire.
Motores poli-combustibles: como los diesel, pero funcionan con cualquier
tipo de combustible.
Motores de aspiración natural: Se llenan por la aspiración natural del
pistón al hacer vacio.
