1. Historia de las máquinas de combustión interna2. Clasificación de las máquinas de combustión interna

2.1 Alternativas2.2 Motor de explosión ciclo Otto2.3 Motor diesel2.4 Motor rotatorio2.5 El ciclo atkinson.

3. Clasificación de las alternativas según el ciclo3.1 De dos tiempos (2T)3.2 De cuatro tiempos (4T)

4. Estructura y funcionamiento4.1 Motores Otto Y diesel. (Bloque cigüeñal biela pistón culata válvulas y otros especificados de cada

uno como la bomba inyectora de alta presión en los diesel o antiguamente el carburador en los Otto)

4.2 En los 4T es muy frecuente designarlos mediante su tipo de distribución sv, ohv, sohc, dohc, es una referencia a la disposición del (AL) árbol de levas

5. Cámara de combustión5.1 Características técnicas

6. Sistema de alimentación 6.1 Bomba de combustible6.2 Carburador6.3 Bomba inyectora

7. Refrigeración en motores de combustión interna.7.1 Refrigerante (Tipos y características)

8. Tipos de motores8.1 Motor convencional Otto (características del rendimiento térmico)

9. Funcionamiento del motor Otto9.1 Tiempo de admisión9.2 Tiempo de compresión9.3 Tiempo de combustión9.4 Tiempo de escape

10. Motor diesel10.1 Características en el rendimiento térmico10.2 Motor 2 tiempos y 4 tiempos (características y diferencias entre ambos)

11. Motor Wankel11.1 Características técnicas

12. Motor de carga estratificada12.1 Características técnicas.

1.- Historia de las máquinas de combustión interna.

La historia del motor de combustión interna en el siglo xx sigue tres caminos diferentes, de los cuales solamente uno llevo a una innovación completa. Estos tres caminos estuvieron representados por el motor Otto, el motor diesel y la turbina de gas; solo el último de estos era enteramente nuevo. Todos los caminos llevaron finalmente a una fuerte dependencia de los derivados del petróleo como fuente de fuerza motriz, particularmente para el transporte. Las consecuencias de esto se pusieron clarísimamente de manifiesto en la década de 1970.

2.- Clasificación de las máquinas de combustión interna.-Los alternativos.-Los de explosión ciclo Otto-Motor diesel-Turbina de gas-Motor rotatorio-Ciclo atkinson

2.1- Alternativos.El motor alternativo, es aquel que comúnmente conocemos como pistón cilindro, en el cual ocupan el movimiento alternativo entre varios pistones para convertir la presión de un fluido, en forma de movimiento mecánico rotativo, puede haber dos variantes, que sea térmico o no, ya que dependerá exclusivamente del fluido de trabajo. Una forma de describirlo rápidamente es poner como ejemplo una bomba hidráulica, ya que la presión del fluido será aplicada por la misma máquina

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2.2 Motor de explosión Ciclo OttoEl ciclo de Otto es el ciclo ideal para las máquinas de encendido por chispa. Recibe ese nombre en honor a N.A. Otto quien en 1876 construye una exitosa máquina de cuatro tiempos utilizando el ciclo propuesto por el francés beau de rochas. Ya que las maquinas realizan el encendido y el embolo ejecutara 4 tiempos completos, dos mecánicos y dos termodinámicos.Inicialmente se compone de un cilindro, un pistón con vástago, entradas de combustible y despeje de gases.

2.3.- Motor diesel.Los motores ECOM, o conocidos diesel. Todos los motores de encendido por chispa, tienen el ideal de ciclo Otto, sus únicas variantes son como cambia la forma de ignición del combustible, en este caso, se realiza primero la compresión del gas, para posteriormente realizar la ignición del gas. En términos conocidos de la práctica actual, se quitan las bujías y el carburador, y se deja un inyector de combustible.

2.4.- Motor rotatorio.El motor rotativo, es una derivación de los sistemas anteriores, la gran ventaja que con bajas revoluciones se producen grandes potencias, la desventaja el peso de la propulsión es alto, su historia inicia cuando fueron usados para aviones en la segunda guerra mundial, su funcionamiento es similar a los antiguos, está constituido por un cigüeñal, pistones y cilindros.

2.5 El ciclo atkinson.El ciclo atkinson se diseñó para ofrecer mayor eficiencia a expensas de la potencia, se están empezando a utilizar en las aplicaciones hibridas modernas. Se deriva del ciclo Otto, con adecuaciones bastante simples. Solo se desarrolla un mayor par, una menor cilindrada, y los tiempos de admisión y expulsión son más cortos, además se incorporan sistemas de recuperación de energía se aumenta el rendimiento.

3.- Clasificación de las alternativas según el ciclo

3.1.-De dos tiempos. (2T)Algunas máquinas agrícolas usan estos motores, ya que este ciclo se identifica por realizar el ciclo en una vuelta del cigüeñal, realizando dos tiempos, combinando las energías mecánicas y térmicas, carecen de los mecanismos (válvulas, balancines, árbol de levas etc.) carecen de sistema de engrase. Gracias a esta distribución se permiten hacer motores más pequeños y de menor peso.

3.2.- De cuatro tiempos (4T)En si el motor de cuatro tiempos, desarrolla las mismas fases que los anteriores, solo que desarrolla más ciclos por giro del cigüeñal, en teoría la potencia debería aumentar pero no es así, solo aumenta los valores de giro para el torque y las velocidades. Además de que desarrolla una cilindrada en más tiempo, y esto causa que los gases se quemen de una manera más compleja y aprovechando la mayoría del combustible y la energía. Provocando una mayor eficiencia. Como recordaremos del ciclo Otto de potencia, parten todos los procesos ya que es el ideal de una máquina de combustión interna.

4.- Estructura y funcionamiento.

4.1.-Motor Otto y diesel.Otto.La estructura del motor Otto, es la siguiente.

El funcionamiento se describe en la siguiente imagen. Para efectos de mayor compresión.

Ciclo Diesel

Fases del ciclo diesel y esquema de construcción de un motor diesel.

5.- Camara de combustion.

5.1 Caracteristicas tecnicas

Las camaras de combustion, son fabricadas en funcion del motor, actualmente por el peso, son fabricadas en aleaciones de aluminio, aprovechando que el aluminio, es uno de los mejores disipadores de calor. Las camaras y los pistones, o mas bien conocidos como cilindro embolo, de forma similar con fabricados de aluminio, pero su proceso es mas especial ya que se reqieren modelos y acabados especiales, que seran parte importante de que el proceso se desarrolle de una manera ideal.

6.-Sistema de alimentacion.

6.1.- Bomba de combustible.La bomba de combustible, debe ser aplicada a una disposicion, ya que dispensara el sistema de continuo combustible. Existen en el mercado automotriz distintos modelos, en funcion a la presion, el tipo de motor, la cilindrada del motor, y otros factores. Entre las variantes son, las bombas electricas, que funcionan de forma similar a un corazon humano, ya que bombean circulan por medio de un pulso o diafragma, en el caso del corazon humano es el latido, y en la bomba es un diafragma electrico.Los mecanicos, funcionan de una manera dependiente de un mecanismo balancin, que provendra directamente del cigüeñal a una leva, el cual realiza la funcion de un aplicador gradual y dependera en si de las revoluciones del cigüeñal.En la imagen de la izquierda, observaremos un corte seccionado con las partes que componen la bomba, mientras que del lado derecho observamos una bomba de funcionamiento electrico.

6.2.- CarburadorExisten dos tipos de carburador los de venturi fijo y los de venturi variable, la funcion especifica es que determinaran el paso de aire, para la mezcla del aire con el combustible antes a la ignicion, lo que se realiza es preparar el aire para un aumento drastico de temperatura y presion, pero la mezcla debe estar en una buena proporcion, los detalles que deben cuidarse son los de la pulverizacion y la vaporizacion, ya que en el conducto venturi, tener un detalle puede alterar el proceso, y al igual que en un proceso con vapor, se pueden producir mezclas de combustible y aire con otros componenes que merman las propiedades del ciclo.

6.3 Bomba inyectora.La bomba inyectora, es la que paso a la sustitucion del carburador, ahora este sistema es utilizado por las maquinas de combustion interna, ya que en las cumbres sobre proteccion ambiental, se decidieron investigar nuevos dispositivos que mejoraran la combustion y la salida de los gases de la misma, y con lo mismo tambien producir una innovacion para la industria automotriz, esto de forma paralela, paso a realizar cambios en los procesos, ya que la inyeccion del combustible es controlada por sistemas electronicos, en el caso de los motores de ciclo otto, no tuvo gran cambio, solo se adapto el prototipo a la dosis de combustible+ aire. En el caso de los diesel, tuvo que montarse en general uno por cada cilindro, las modificaciones principales son las dosificaciones, que en el carburador funcionaba de acuerdo a los cambios de presion que admitian la entrada de combustible, y en los de inyeccion es controlada y calculada por un computador incorporado, que funciona bajo el principio de la electrovalvula.

7.- Refrigeracion en motores de combustion interna.7.1.- Refrigerante (tipos y caracteristicas).La refrigeracion es un concepto que se tiene que detallar, ya que estas maquinas, dejando a un lado su eficiencia mecanica, depende en gran cantidad de la temperatura generada, como en todas las maquinas termicas, la eficiencia termica es dependiente de las mismas, a su vez termodinamicamente el trabajo generado igualmente depende rigidamente de la temperatura. Por lo que para mejorar el rendimiento y al mismo tiempo la durabilidad de los dispositivos internos, se deben mejorar los enfriamientos, para evitar sobrecalentamientos.En un principio, los motores eran refrigerados por corrientes de aire provenientes del exterior de la maquina, pero la maquina por si misma no puede desechar la energia acumulada, con las nuevas investigaciones, se han provisto los dispositivos de aplicación de corrientes de aire mas directos sumados a intercambiadores de calor, con fluido refrigerante. Aun se usan los enfriamientos por ahí, tal en el caso de las motocicletas por las velocidades de viaje, y que el motor se encuentra en una posicion donde el aire realiza la accion refrigerante.

Los fluidos refrigerantes.Es conocido en la practica mecanica, el anticongelante, este es un fluido creado, o mas bien definido es un fluido que genera enfriamientos rapidos, ya que su evaporacion es muy minima , y permite combinarse entre ciclos y cumple fielmente para su creacion a la cual fue constituida. Adicionalmente este fluido se compone de elementos quimicos que aportan utilidad hacia la parte mecanica, como los antioxidantes, la eliminacion de acidos y residuos metalicos, que pudiesen afectar el proceso. Existen casos, donde el anticongelante se mezcla con agua, o con alcohol, afectando directamente el enfriamiento, ya que las propiedades de este ya tienen un valor determinado. En la siguiente imagen se grafica en verde por donde pasa el fluido, conectado a varios dispositivos que le han de transportar y enfriarse.

8.-Tipos de motores8.1.- Motor convencional otto (caracteristicas del rendimiento termico)Los motores otto, trabajan con un combustible de grado de ebullicion mas bajo que los motores diesel y preparan la mezcla de aire y combustible hasta el inicio de la combustion generalmente durante mas tiempo que en los motores diesel, asi pues los motores otto consiguen una mezcla mas homogenea que los motores diesel. La funcion de la mezcla del combustible se denomina por el factor lambda y a continuacion se presenta una tabla de valores de lambda considerando la mezcla de gases y combustible. Esto aunado a un radio de compresion, que es la comparacion entre proporciones de volumen en las distintas fases de ciclo.

9.- Funcionamiento de motor otto.Para efectos de mostrar mas graficamente el proceso, se muestra la siguiente imagen en la que se mostraran las distintas fases, posteriormente se iran detallando cada uno de los pasos que desarrolla el ciclo.

9.1.- Tiempo de Admisión.

En esta fase el pistón parte del PMS y la válvula de admisión se abre completamente. Posteriormente, el pistón desciende hasta el PMI. Momento en el que se cierra la válvula de admisión, esta transformación se supone isobara, es decir a presión constante, esto debido a que la presión de entrada del fluido de admisión es la atmosférica y se considera durante todo el proceso de admisión, en este paso el cigüeñal ha dado media vuelta.

9.2.- Tiempo de compresión.

En este periodo, el pistón realiza una carrera ascendente desde el PMI al PMS, comprimiendo el fluido de admisión, ya que las válvulas de admisión y escape están cerradas. Al tratarse de una transformación ideal, es una compresión adiabática e isotrópica, porque se supone no existe transferencia de calor. La presión en el cilindro aumenta y el cigüeñal habrá girado una vuelta completa sumando el paso anterior.

9.3.- Tiempo de Combustión.

La fase de combustión o el tercer tiempo tiene lugar cuando el pistón está en el PMS y tiene lugar el salto de chispa de la bujía, que inflama la mezcla y se produce la combustión de la misma, se supone que la combustión es instantánea, y por ello el pistón no se mueve. Como consecuencia de esto no hay variación de volumen y la transformación en la fase de combustión es isocora, lo que si variara es la presión ya que la combustión lleva un aumento en la temperatura y como el volumen no varía, la presión aumenta súbitamente hasta una presión. En esta fase se produce la aportación de calor Q al fluido. Tras la combustión tiene lugar la expansión de los gases quemados, donde el pistón es empujado desde el PMS hasta el PMI. Y trae consigo una disminución de presión. Hasta este paso el cigüeñal habrá girado 540 ° o 1-1/2 vueltas.

9.4 Tiempo de escape.

El proceso de escape, tiene lugar en dos partes, la primera se produce cuando el pistón está en el PMI y abre la válvula de escape, como es un sistema ideal, en el momento de apertura de la válvula de escape se comunica el cilindro con la atmosfera exterior del motor, y la presión en el interior del cilindro debida a los gases residuales pasa inmediatamente a ser presión atmosférica, con lo cual esta primera fase de escape es una transformación isocora, al no haber variación de volumen por que el pistón no se ha movido del PMI, además durante esta fase se produce la cesión del calor interno hacia el exterior. La segunda mitad del proceso, la tiene durante el proceso de escape durante la carrera ascendente del pistón del PMI al PMS. La válvula de escape continúa abierta hasta que el pistón llega al PMS. Momento en el cual se cierra durante todo el recorrido del pistón se produce el barrido de los gases quemados que son expulsados al exterior a una presión igual a la atmosférica, por lo que esta transformación tiene lugar a presión constante y es isobara, al final del tiempo del escape, el cigüeñal ha girado 720° en total desde el inicio del ciclo, es decir para realizar el ciclo completo necesita dos vueltas.

10.- Motor diesel.

De manera al similar anterior, se muestra una imagen gráfica, con el propósito de discernir cada uno de los pasos del proceso.

10.1.- Características en el rendimiento térmico.

El rendimiento térmico. En un ciclo diesel, es exclusivamente dependiente del calor, de tal manera que la temperatura se ve involucrada.

10.2.- Motor de 2 Tiempos. Y 4 tiempos.

De dos tiempos 2T.

1. Primer tiempo o fase de admisión al Carter compresión explosión, el pistón parte desde el PMI y desarrolla en este tiempo durante su carrera ascendente hasta el PMS, mientras al pistón mantiene abierta las válvulas de transferencia, se produce la admisión de mezcla al cilindro, considerándose este proceso a presión constante , tomándolo como la presión atmosférica, cuando el pistón sube, al cerrar la lumbrera de transferencia con su parte superior, el Carter queda herméticamente cerrado, pero su volumen aumenta por que se le suma el que va descubriendo el pistón según sube.

2. Segundo tiempo, la fase de expansión- pre compresión y escape y transferencia. En este tiempo comienza cuando el pistón está en el PMS y acaba cuando llega al PMI. Tras la explosión de la mezcla, se produce la expansión, adiabática isotrópica y reversible, generando trabajo, cuando el pistón desciende y obtura las lumbreras por su parte inferior, el Carter vuelve a estar herméticamente cerrado, disminuyendo ahora su volumen y por tanto aumentado su presión en él, re comprimiendo la mezcla admitida del exterior. El pistón continua descendiendo y la primera lumbrera que descubre por su parte exterior y cediendo calor a este, se iguala la presión interior con la atmosférica de manera instantánea, sin desplazamiento del pistón y a volumen constante, por tratarse de un ciclo ideal, tras continuar descendiendo el pistón destapa ahora la lumbrera de transferencia, comunicando el Carter con el cilindro. Como la mezcla esta comprimida en el Carter y el cilindro de suponer a presión atmosférica, por diferencia de presiones la mezcla se trasvasa del Carter al cilindro a través de la lumbrera de transferencia, dando lugar al llenado, en este periodo de transferencia, dando lugar al llenado, en este periodo de transferencia se produce el barrido de los gases quemados. Siendo empujados por la mezcla fresa hacia la lumbrera de escape, este proceso se supone isobaro, tomando como valor la presión atmosférica, al terminar esta segunda fase, el cigüeñal ha realizado un giro completo.

Motor diesel 4 tiempos 4T.

El funcionamiento del ciclo diesel, es similar al Otto, solo que primero se realiza la compresión del aire, y luego se mezcla con el combustible, después se realiza el encendido, la expansión, y la liberación de los gases de combustión.

11.- Motor Wankel.

11.1.- Características técnicas.

El motor Wankel, es prácticamente nuevo en el campo de los automóviles. Tiene un rotor que gira en una cámara oval cuya forma se asemeja a un 8, los fabricantes son europeos y asiáticos, son distintivos de los demás, que es muy sencilla su fabricación tiene pocas piezas móviles y tiene una elevada relación potencia peso. Es considerado una buena opción para el futuro, su nivel de emisión es similar a los de pistón y de forma similar se pueden conectar escapes de gases, puede ser refrigerado por aire o agua, y aquí ya no existen ciclos ni tiempos, pues no existen tales pistones, el término que será más apropiado será impulsión rotativa.

13.- Motor de carga estratificada.

13.1.- Características técnicas.

El motor de carga estratificada está provisto de medios para concentrar una mezcla rica en el centro de la mezcla aire gasolina comprimida. Durante la combustión, la mezcla rica se expande y se mueve en las zonas en que la mezcla es más pobre y más difícil de quemarse. Con carga estratificada se puede emplear, en general, una mezcla aire-gasolina mucho más pobre. La combustión se produce ampliamente en, y alrededor de, la concentración de la mezcla rica. Esto significa que la gasolina se quema más completamente. La cantidad de contaminantes, tales como monóxido de carbono, gasolina no quemada y óxido de nitrógeno, se reduce. Una manera de conseguir esa carga, es producir torbellinos de la mezcla aire-gas cuando entra en el cilindro.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD AZCAPOTZALCO

MATERIA: MAQUINAS TERMICAS

PROFESOR: EMMANUEL ARCOS HERNANDEZ.

CONTENIDO

1. Historia de las máquinas de combustión interna2. Clasificación de las máquinas de combustión interna3. Clasificación de las alternativas según el ciclo4. Estructura y funcionamiento5. Cámara de combustión6. Sistema de alimentación 7. Tipos de motores8. Funcionamiento del motor Otto9. Motor diesel10. Motor Wankel11. Motor de carga estratificada