TECNOLOGÍA PARA PRODUCTOS II

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN:

MOTORES TÉRMICOS

Alumna: Stefanía Cano

INDICE

Introducción…………………………………………………………… Pág.3

Clasificación de los motores térmicos.…………………………... Pág.4

Motores de combustión interna Alternativos- Motores de encendido por compresión……. ……………………... Pág.5- Motores de encendido provocado …………………………………. Pág.6Rotativos- Volumétrico (wankel)....………….………………………………….. Pág.9

Motores de combustión externa Fluido condensable- Turbomáquina: turbina a vapor …………………………………….. Pág.10- Alternativo: máquina de vapor ……………………………………... Pág.11Fluido no condensable - Turbomáquina: turbina a gas ……………………………………….. Pág.12- Alternativo: Motor Stirling ……………………………………………. Pág.13

Bibliografía ……………………………………………………………. Pág.14

INTRODUCCIÓN

Motor

Un motor es una máquina, que produce energía mecánica, es decir movimiento con fuerza de energía eléctrica, química u otra.

Motor eléctrico

Es una máquina que para producir el movimiento deseado resulta capaz de transformar la energía eléctrica propiamente dicha en energía mecánica, todo logrado a través de diferentes interacciones electromagnéticas.

Motor hidráulico

Mecanismo que transforma la energía hidráulica de un líquido a presión o animado de alta velocidad en potencia mecánica disponible por un árbol de transmisión. Generalmente, se usa un aceite mineral por sus propiedades lubricantes.

Motor térmico

Es un motor capaz de transformar en movimiento la energía proveniente de la combustión de sustancias adecuadas, denominadas combustibles.

Cuando la combustión se produce dentro de un recinto cerrado se denominan motores de combustión interna, normalmente utilizados en automóviles.

También existen motores de combustión externa, en los cuales la combustión se realiza en una cámara exterior al motor llamada Caldera, como las maquinas de vapor.

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CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES TÉRMICOS

MOTORES 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 si misma

ALTERNATIVA

# MOTORES DE ENCENDIDO POR COMPRESIÓN: Motor diésel

El motor diésel es un motor térmico de combustión interna alternativo en el cual el encendido del combustible se logra por la temperatura elevada que produce la compresión del aire en el interior del cilindro, según el principio del ciclo del diesel. También llamado motor de combustión interna, a diferencia del motor de explosión interna comúnmente conocido como motor de gasolina.

FUNCIONAMIENTO

Un motor diésel funciona mediante la ignición (encendido) del combustible al ser inyectado muy pulverizado y con alta presión en una cámara (o precámara, en el caso de inyección indirecta) de combustión que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de autocombustión, sin necesidad de chispa como en los motores de gasolina. Esta es la llamada auto inflamación.

La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el segundo tiempo del motor, la compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de combustión a gran presión desde unos orificios muy pequeños que presenta el inyector de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión (entre 700 y 900 °C) Como resultado, la mezcla se inflama muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo.

Existen motores diesel tanto de 4 tiempos (los más usuales en vehículos terrestres por carretera) como de 2 tiempos (grandes motores marinos y de tracción ferroviaria). En la década de los 30 la casa Junkers desarrolló y produjo en serie un motor aeronáutico de 6 cilindros con pistones opuestos , es decir doce pistones y dos cigüeñales opuestos

Motor de 2 tiempos Motor de 4 tiempos

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# ENCENDIDO PROVOCADO: MOTORES DE EXPLOSIÓN

Éste tipo de motores necesitan algún tipo de mecanismo para poder calentar la mezcla y que se produzcan los gases que accionan el movimiento del pistón. Esto se consigue gracias a la bujía, una pieza que se coloca en la parte superior del cilindro y produce una chispa eléctrica, lo que causa la ignición. Encontramos tres tipos de motores de explosión.

- Motor de cuatro tiempos

En un motor endotérmico alternativo el ciclo comportara un conjunto de operaciones que, una vez realizadas, nos remitirán a las condiciones iniciales, de manera que se permita la creación del ciclo siguiente y se obtenga así un funcionamiento continuo. Un ciclo de trabajo se desarrolla en dos vueltas del cigüeñal del motor.

ELEMENTOS DE UN MOTOR DE 4 TIEMPOS.

- El combustible: gasolina+aire. Esta mezcla se realiza fuera del cilindro en el carburador.- Elemento de ignición: bujía. Es la que produce la chispa que permite la combustión.- El pistón: es el elemento mecánico que se mueve con movimiento rectilíneo alternativo gracias a los gases que se hallan dentro del cilindro.- El cilindro: es el espacio donde se encuentra el pistón, y donde se realiza el proceso de combustión.- La biela y el cigüeñal: son los mecanismos que transforman el movimiento rectilíneo del pistón en circular. El cigüeñal va conectado al eje del cigüeñal.- Las válvulas: de admisión y de escape son las que controlan la entrada de aire más gasolina y la salida de los gases de la combustión. La obertura y cierre de las válvulas se controla por otro eje denominado eje de levas.

FUNCIONAMIENTO

-Primer tiempo

Admisión de la mezcla de combustible. Hemos introducido la mezcla de combustible en el cilindro.

Descripción:- El pistón desciende desde el PMS (punto muerto superior).- La depresión producida en la parte inferior del cilindro por el descenso del pistón genera una aspiración de la mezcla gaseosa preparada en el exterior que penetra en el cilindro pasando por una válvula (de admisión). El motor se comporta, entonces, como un motor aspirante.- El pistón llega al PMI (punto muerto inferior) y realiza un recorrido.- La válvula de admisión se cierra. Para hacer este recorrido de admisión del pistón, a sido necesaria una primera media vuelta del cigüeñal. -Segundo tiempo

Compresión de la mezcla. Hacemos volver el pistón al PMS de manera que quede en posición de recuperar el trabajo realizado en el siguiente tiempo (explosión).

Compresión de los gases:- Contra más comprimidos estén los gases de salida, más importante será la presión en la explosión.- Esta compresión calienta los gases y se mejora así la combustión.Descripción del proceso:- La válvula de admisión está cerrada.- El pistón asciende partiendo del PMI.- En ascender, el pistón comprime la mezcla aspirada durante el primer tiempo.- El pistón llega al PMS.- Para realizar este recorrido de compresión a sido necesaria otro segunda media vuelta del cigüeñal.

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-Tercer tiempo

Explosión y expansión de la mezcla comprimida (tiempo motor). Permite utilizar, con la ayuda del sistema biela-manivela, la energía desprendida por la combustión de la mezcla (mediante una elevación importante de la presión).

Descripción:- La válvula de admisión está cerrada.- El pistón está en el PMS.- La mezcla se encuentra comprimida al máximo.- Hace falta producir una chispa en el interior de la mezcla comprimida.- Se produce la explosión.- La presión sobre el pistón aumenta considerablemente.- El pistón está lanzado hacia la base.- En su recorrido, el pistón arrastra el cigüeñal mediante la biela y le permite hacer una tercera media vuelta, con lo cual hay un trabajo.- Los gases se expanden y ejercen una presión decreciente sobre el pistón.- El pistón llega al PMI.

-Cuarto tiempo

Escape de los gases quemados. Se evacuan los gases y los residuos de la combustión para permitir la renovación del ciclo.

Descripción:- La válvula de admisión sigue cerrada.- El pistón asciende partiendo del PMI y se expulsan los gases quemados por una válvula (válvula de escape), que se mantiene abierta.- El pistón llega al PMS.- Los gases quemados son evacuados.- Para realizar el escape, hace falta otra media vuelta del cigüeñal.

Al final de este tiempo, se cierra la válvula de escape, se abre la de admisión y el ciclo empieza de nuevo.

- Motor de dos tiempos

Estos motores convierten una parte del calor de la combustión de gasolina en trabajo. No hacen falta válvulas y cada dos tiempos hay una carrera de trabajo, lo que significa que cada revolución del motor produce un impulso. A la gasolina hay que añadir aceite para lubricar el émbolo y el árbol de manivela.

FUNCIONAMIENTO

- Primer tiempo

La bujía inicia la explosión de la mezcla de aire y gasolina previamente comprimida. En consecuencia de la presión del gas caliente baja el pistón y realiza trabajo. También cierra el canal de admisión A , comprime la mezcla abajo en el cárter, un poco mas tarde abre el canal U y el canal de Escape E . Bajo la compresión adquirida el gas inflamable fresco fluye del cárter por el canal U hacia la cámara de explosión y empuja los gases de combustión hacia el tubo de escape. Así el cilindro se llena con mezcla fresca.

- Segundo tiempo

El émbolo vuelve a subir y cierra primero el canal U , después el canal de escape E. Comprime la mezcla, se abre el canal de admisión A y llena el cárter con la mezcla nueva preparada por el carburador.

El árbol de manivela convierte el movimiento de vaivén del émbolo en un movimiento de rotación.

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ROTATIVAS

# MOTOR WANKEL

Este motor se diferencia enormemente de los motores convencionales. Conserva el producto, la compresión, la potencia, y el ciclo familiar del extractor pero utiliza, en vez de un pistón, de un cilindro, y de válvulas mecánicas, un rotor triangular que gira alrededor del excéntrico. Este motor posee la ventaja de que pesa un tercio de lo que pesan los motores a pistón y ocupa un tercio del espacio.

FUNCIONAMIENTO

Se desarrollan los mismos 4 tiempos (admisión, compresión, combustión y escape) que en un motor alternativo, pero en lugares distintos de la carcasa o bloque; es decir, viene a ser como tener un cilindro dedicado a cada uno de los tiempos, con el pistón moviéndose continuamente de uno a otro. Más concretamente, el cilindro es una cavidad con forma de 8, dentro de la cual se encuentra un pistón triangular que realiza un giro de centro variable. Este pistón comunica su movimiento rotatorio a un cigüeñal que se encuentra en su interior, y que gira ya con un centro único.

Al igual que un motor alternativo, este también emplea la presión creada por la combustión de la mezcla aire-combustible. La diferencia radica en que esta presión está contenida en la cámara formada por una parte del recinto y sellada por uno de los lados del rotor triangular, que en este tipo de motores reemplaza a los pistones.

El rotor sigue un recorrido en el que mantiene sus 3 vértices en contacto con el alojamiento, delimitando así tres compartimentos separados de mezcla. A medida que el rotor gira dentro de la cámara, cada uno de los 3 volúmenes se expanden y contraen alternativamente; es esta expansión-contracción la que succiona el aire y el combustible hacia el motor, comprime la mezcla, extrae su energía expansiva y la expele hacia el escape.

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MOTORES DE COMBUSTIÓN EXTERNA

Un motor de combustión externa es una máquina que realiza una conversión de energía calorífica en energía mecánica mediante un proceso de combustión que se realiza fuera de la máquina, generalmente para calentar agua que, en forma de vapor, será la que realice el trabajo, en oposición a los motores de combustión interna, en los que la propia combustión, realizada dentro del motor, es la que lleva a cabo el trabajo.

- FLUIDOS CONDENSABLES

# TURBOMÁQUINA: Turbina de vapor

Una turbina de vapor es una turbo máquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor, generado en una caldera, en energía mecánica.

FUNCIONAMIENTO

Esto lo hace a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo (entiéndase el vapor) y el rodete, órgano principal de la turbina, que cuenta con palas o álabes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el intercambio energético. Las turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre éstos el más importante es el Ciclo Rankine, el cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión. En la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica que, típicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad.

En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator. El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estator también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.

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# ALTERNATIVO: Máquina de vapor

El principio básico de la máquina de vapor es la transformación de la energía calorífica del vapor de agua en energía mecánica.

FUNCIONAMIENTO

La energía mecánica se obtiene haciendo que el vapor se expanda y se enfríe en un cilindro equipado con un pistón móvil. El vapor utilizado en la generación de energía suele producirse dentro de una caldera. La caldera más simple es un depósito cerrado que contiene agua y que se calienta con una llama hasta que el agua se convierte en vapor saturado. Los sistemas domésticos de calefacción cuentan con una caldera de este tipo, pero las plantas de generación de energía utilizan sistemas de diseño más complejo que cuentan con varios dispositivos auxiliares. La eficiencia de los motores de vapor es baja por lo general, lo que hace que en la mayoría de las aplicaciones de generación de energía se utilicen turbinas de vapor en lugar de máquinas de vapor.

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- FLUIDOS NO CONDENSABLES

# TURBOMÁQUINA: Turbina de gas (ciclo abierto)

En esta máquina el fluido de trabajo es un gas. Como la compresibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas a gas son turbomáquinas térmicas.

Una turbina de gas simple está compuesta de tres secciones principales: un compresor, un quemador y una turbina de potencia.

FUNCIONAMIENTO (ciclo Brayton)

- Entra aire en la zona de compresión (compresor).- El aire comprimido entra en la cámara de combustión (quemador)- Se produce la ignición del gas, expandiéndose al salir de la cámara de combustión.- A medida q el gas sale de la cámara pierda presión pero gana velocidad- En su camino de salida el gas atraviesa los álabes de la turbina, haciendo girar su eje,

que puede mover a su vez el eje de un alternador para producir la corriente eléctrica. (turbina de potencia)

Las turbinas de gas operan en base en el principio del ciclo Brayton, en donde aire comprimido es mezclado con combustible y quemado bajo condiciones de presión constante. El gas caliente producido por la combustión se le permite expandirse a través de la turbina y hacerla girar para llevar a cabo trabajo.

Turbina a gas ciclo cerrado

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# MOTOR STIRLING

El principio de funcionamiento es el trabajo realizado por la expansión y contracción de un gas (helio, hidrógeno, nitrógeno o simplemente aire) al ser obligado a seguir un ciclo de enfriamiento en un foco frío, con lo cual se contrae, y de calentamiento en un foco caliente, con lo cual se expande. Es decir, es necesaria la presencia de una diferencia de temperaturas entre dos focos.

Este motor continúa en investigación debido a la versatilidad de fuentes de energía utilizables para su funcionamiento, ya que al necesitar solamente una fuente de calor externa al cilindro, es posible usar una gran variedad de fuentes energética

FUNCIONAMIENTO

Existe un elemento adicional al motor, llamado regenerador, que, aunque no es indispensable, permite alcanzar mayores rendimientos. El regenerador es un intercambiador de calor interno que tiene la función de absorber y ceder calor en las evoluciones a volumen constante del ciclo. El regenerador consiste en un medio poroso con conductividad térmica despreciable, que contiene un fluido. El regenerador divide al motor en dos zonas: una zona caliente y otra zona fría. El fluido se desplaza de la zona caliente a la fría durante los diversos ciclos de trabajo, reventando el regenerador.

Puede emplear 1, 2, 3 o más pistones

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Bibliografía

-Páginas Web

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http://www.geocities.com/SunsetStrip/Amphitheatre/5064/DIESEL.HTML

http://www.automotriz.com

http://cipres.cec.uchile.cl/~fillanes/diesel.htm#2

www.wikipedia.com

http://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica11.htm

http://pdf.rincondelvago.com/motores-termicos.html

http://www.members.tripo.com

http://www.definicionabc.com/motor/motor-electrico.php

http://diccionario.motorgiga.com/diccionario/hidraulico-motor-definicion-significado/gmx-niv15-con194383.htm

http://www.todomotores.cl/mecanica/el_motor.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_combusti%C3%B3n_interna

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_t%C3%A9rmico#Clasificaci.C3.B3n_de_los_motores_t.C3.A9rmicos

http://avances-cientificos-notables.blogspot.com/2010/08/maquina-de-vapor.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_gas

http://www.kalipedia.com/tecnologia/tema/obtener-movimiento-partir-calor.html?x=20070822klpingtcn_68.Kes&ap=0

http://tecnotic.wordpress.com/2008/01/22/turbina-de-gas-i-funcionamiento-basico/

http://www.naikontuning.com/articulos/motor-wankel/

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