Funcionamiento De Motores Endotermicos 51u5o

Escuela Nacional de Náutica ‘Manuel Belgrano’

Plantas Propulsoras Marinas I

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Unidad Nº: 17.

 Tema: Descripciones Fundamentales.  Profesor: Churruarin, Rómulo. 

Cadete: Coria, Rodrigo; Menseguez Cristian.

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Curso: 1er Año 2da División.

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Año: 2010. 1

DESCRIPCIONES FUNDAMENTALES:

¿Qué es un motor? Un motor es una máquina capaz de transformar cualquier tipo de energía en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. Los motores de combustión interna, son motores térmicos en los cuales se produce la combustión de un fluido, transformando su energía química en energía térmica de la cual se obtiene energía mecánica. Este fluido antes de iniciar la combustión es una mezcla de un comburente como el aire y un combustible como lo son los derivados del petróleo. Los motores térmicos se clasifican según:  Motores de combustión externa: La combustión se realiza fuera del motor como, por ejemplo, la maquina alternativa de vapor, en las que la combustión se realiza en la caldera).  Motores de combustión interna: La combustión se realiza dentro del motor, o sea que el mismo realiza la función de caldera como, por ejemplo, el motor de un automóvil o de un buque. Dentro de los motores de combustión interna se los clasifica según:  Motores a explosión o a Volumen Constante: Donde la explosión se produce por medio de una chispa producida por una bujía.  Motores Diesel o a Presión Constante: Donde la combustión se produce por la inyección de combustible con el aire altas temperaturas y a alta presión.  Motores Semi-Diesel: Donde la presión de compresión tiene un valor intermedio entre el motor a explosión y el motor Diesel.  Motores de Ciclo Mixto: Donde al inicio de la combustión se comportan como motores a explosión y luego como motores Diesel.

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Ciclo de Trabajo del Motor: Se denomina ciclo de trabajo del motor a la serie de transformaciones sufridas por el agente evolucionante, que suceden en el interior del cilindro de un motor durante su funcionamiento.  Aspiración o isión: Es la parte del ciclo durante la cual el cilindro es llenado de mezcla carburante (aire y nafta) en los motores a explosión, o de aire solamente en los motores Diesel.  Compresión: Es la reducción del volumen ocupado por la mezcla carburante o el aire.  Inflamación y Combustión: Es el momento en que se inflama el combustible luego de haber saltado la chispa en los motores de explosión o de haber ingresado el combustible en el caso de los motores Diesel.  Expansión: Al aumentar el volumen ocupado por los gases de la combustión sucede lo que llamamos expansión.  Evacuación: Los gases quemados son desalojados de la cámara de combustión para dar espacio a la nueva mezcla o al aire según el tipo de motor.  Cuatro tiempos

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 Dos tiempos

Tiempo de Trabajo del Motor: Se va a denominar a los tiempos de trabajo de un motor según como este realice su ciclo completo.  Si lo realiza en 4 carreras del pistón y por consiguiente en 2 vueltas del cigüeñal se dice que el motor es de 4 tiempos.  Si lo realiza en 2 carreras del pistón y por consiguiente en 1 vuelta del cigüeñal se dice que el motor es de 2 tiempos.  Si lo realizara en ‘n’ carreras se diría que el motor es de ‘n’ tiempos. Clasificación de los Motores de Combustión Interna: 1) Clasificación termodinámica:  Motores a Volumen Constante (a Explosión).  Motores a Presión Constante (Ciclo Diesel y Semi-Diesel).  Motores de Combustión Mixta. 2) Atendiendo a los tiempos que tarda en cumplir su ciclo completo:  De 2T (Cuando se verifica el ciclo completo en 2 carreras del pistón)  De 4T (Cuando se verifica el ciclo completo en 4 carreras del pistón)

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3) Atendiendo el tipo de combustible que utilizan:  De Gasolina (Nafta).  De Gas-Oil.  De Alcohol.  De Aceites Pesados en general. 4) Atendiendo que sea matriz en 1 ó en las 2 caras del pistón:  Simple efecto.  Doble efecto.

5) Atendiendo el Nº de cilindros:  Monocilíndricos (Con volante de gran tamaño y peso).  Bicilíndricos.  Policilíndricos en general.

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6) Atendiendo la posición que ocupen los cilindros:  Motores verticales.  Motores horizontales.  Motores en ‘V’.  Motores en ‘W’.  Motores en Estrella. 7) Atendiendo al uso al que están destinados:  Estacionarios terrestres (Instalaciones fijas terrestres).  Terrestres locomóviles (locomotoras, camiones, etc.).  De aviación.  Agrícolas.  Marinos: •

Principales: Sirven a la propulsión exclusivamente del buque.

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Auxiliares: Complementan el funcionamiento de motores principales o mueven maquinas auxiliares como generadores.

8) Atendiendo la potencia:  Pesados.  Livianos 9) Atendiendo al Nº de revoluciones:  Lentos  Semi-Rápidos  Rápidos

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Punto Muerto: Es la posición del émbolo llegado al punto más alto o más bajo de su recorrido y que no puede obrar sobre el cigüeñal sin auxilio exterior. Antes de llegar a ese punto el émbolo reduce su velocidad hasta que deja de tener movimiento (velocidad 0). Luego inicia un nuevo recorrido donde el émbolo esta en constante aceleración hasta llegar a su velocidad lineal máxima, donde nuevamente decrece dejando de tener movimiento y llegando al otro punto muerto. Los puntos muertos se marcan en el volante.  Que el émbolo no tenga velocidad no significa que el cigüeñal no tenga velocidad. El momento en que el émbolo no tiene velocidad es muy corto, mientras que el cigüeñal y el volante siguen girando por inercia. Punto Muerto Superior (PMS): Es la posición más alta que alcanza el émbolo en su movimiento alternativo dentro del cilindro y la más cercana a la culata.  Cuando el pistón se encuentra en el PMS la fuerza lateral del mismo no existe. Punto Muerto Inferior (PMI): Es la posición más baja que alcanza el émbolo en su movimiento alternativo dentro del cilindro y la más cercana al cigüeñal.

Espacio Nocivo: También llamado ‘Espacio Espacio Muerto’ este es el volumen comprendido entre la tapa de cilindros o culata y la cabeza del pistón cuando se encuentra en el PMS. Da espacio a la apertura de válvulas y protege la culata de golpes del pistón. Variando el volumen del espacio nocivo se podrá variar la relación de compresión.

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Cámara de Combustión: También llamada ‘Cámara de Compresión’ es el espacio donde se realizará la detonación de la mezcla, donde se comprime el aire aspirado, y donde el inyector suministra el combustible en el caso de motores Diesel. La cámara de combustión es un cilindro, por lo general fijo, cerrado en un extremo dentro del cual se desliza el pistón muy ajustado al cilindro. El movimiento del pistón modifica el volumen que existe entre la cabeza del pistón y la culata. En los motores Diesel juega un papel fundamental en el comportamiento y rendimiento del motor la forma y posición de la cámara de combustión. El espacio nocivo forma parte de la cámara de combustión, pero es muy importante notar que: La cámara de combustión contiene al espacio nocivo. El espacio nocivo no contiene a la cámara de combustión.

Características de la cámara de combustión:  La potencia máxima se debe alcanzar pasado el PMS y debe disminuir gradualmente en la expansión.  Se deben evitar puntos de incandescencia.  Se debe favorecer la turbulencia para que el frente de llama sea rápido y efectivo.  La temperatura de los gases de combustión en el punto ígneo (de mayor temperatura) alcanza hasta los: 800º C o más. Volumen de la Cámara de Combustión: Es el volumen que hay entre la culata y la cabeza del pistón cuando este se encuentra en el PMS. Generalmente se lo mide en Cm3. Volumen total del Cilindro:

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Es el volumen que hay entre la culata y la cabeza del pistón cuando este se encuentra en el PMI. Generalmente se lo mide en Litros y/o Cm3. Carrera del émbolo: Es el espacio que queda entre el punto muerto inferior PMI y el punto muerto superior PMS. Usualmente se lo abrevia con la letra ‘L’. ‘L’ En un motor de dos tiempos, como el nombre lo indica, se necesitan dos carreras del émbolo para que se complete un ciclo. En un motor de cuatro tiempos se necesitan cuatro carreras del émbolo para que se complete un ciclo.  La carrera del pistón no es proporcional a los ángulos de giro de cigüeñal. Es decir que cuando el muñón del cigüeñal se encuentre 90º el pistón estará en el PMS, pero cuando el muñón se encuentre a 180º el pistón NO se encontrará a mitad de carrera.

Diámetro del cilindro: También llamado ‘Calibre’ es la medida interior del cilindro donde se desplaza el pistón. Usualmente se lo abrevia con la letra ‘d’. ‘d’

Embolada: Movimiento que realiza el émbolo al pasar de un punto muerto al otro.

Relación carrera diámetro: Como su nombre lo indica es la relación entre la carrera del émbolo y el diámetro del cilindro.

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De esta relación puede deducirse la velocidad y puede clasificarse al motor según:

 (C
 (C=D) = Motor Cuadrado: donde la carrera del pistón es igual al diámetro del cilindro. También son llamados ‘Motores Rápidos’. Rápidos’

 (C>D) = Motor Alargado: donde la carrera del pistón es mayor al diámetro del cilindro. También son llamados ‘Motores Largos’ y ‘Motores Lentos’. Lentos’ Estos son los motores navales.

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Ventajas de Motores Cuadrados y Súpercuadrados:  Mayor potencia.  Los codos de cigüeñal son más cortos, por lo cual hay reducción de inercia y disminución de peso.  Se reducen las fuerzas centrífugas alternas  Pueden colocarse válvulas más grandes en la culata, que mejoran el llenado del cilindro y la evacuación de los gases quemados.  Las bielas pueden ser más cortas, con lo que aumenta su rigidez.  Se disminuye el rozamiento entre pistón y cilindro, y por tanto, las perdidas de potencia debidas a este rozamiento. Ventajas de Motores Alargados:  Mayor rendimiento en la cámara de compresión.  Mas tiempo de combustión, por lo cual menos residuos.  Mayor disipación de calor. Velocidad media o lineal del pistón: El desplazamiento del pistón se realiza con aceleraciones y velocidades variables. La mayor velocidad se alcanza superando la mitad de la carrera del pistón, mientras que los puntos de menor velocidad (cero) se encuentran en los puntos muertos. La media de todas las velocidades instantáneas del pistón permite obtener la velocidad media que también es llamada velocidad lineal por la forma en que se desplaza, en línea recta. La velocidad del pistón es consecuencia del tiempo en que dispone para subir y bajar y de cuanto sea de largo este recorrido. La fórmula para calcular esta velocidad es: 2 x L x RPM = M/S 60

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Si la carrera es por ejemplo 90 mm tenemos que, para una vuelta de cigüeñal el pistón deberá recorrer 180 mm, 90 mm subiendo y 90 mm bajando.

Un pistón que esta entre los 13 y 16 m/s, ofrece un funcionamiento muy regular, sin vibraciones y con un desgaste muy controlado. Aproximándonos o superando los 16 m/s estamos al borde de los límites de la fiabilidad y del desgaste prematuro de casquillos, pernos, etc. Y pasando los 19 m/s, riesgos de cortar el pistón al medio con rotura del block, siempre hablando de pistones estándar de fábrica. Cilindrada: Es el volumen que desplaza el pistón en el cilindro entre el PMS y el PMI y/o viceversa, es decir, el volumen de la parte del cilindro que comprende la carrera. En los casos que el motor tenga más de un solo cilindro se multiplicará al volumen unitario por la cantidad de cilindros. Volumen unitario:

Cilindrada:

2 Vu = π x D x L 4

Vt = Vu x Nº de cilindros

Relación de Compresión: También llamada ‘Relación Volumétrica’ es una relación que nos demuestra cuantas veces se comprime el volumen del aire (en el caso de los motores diesel) o de la mezcla estequiométrica de aire-combustible (en el caso de los motores de explosión) tomada en la carrera de isión con respecto al volumen comprimido durante la carrera de compresión. O en otras palabras es la relación entre el volumen máximo con el cilindro en el punto muerto inferior y el volumen mínimo con el cilindro en el punto muerto superior. Rc= ( VC + VCC ) VCC Donde: v: Es el volumen de la cámara de compresión

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V: Es el volumen que abarca la carrera del pistón.

Si el máximo volumen comprendido entre el pistón, en el punto muerto inferior y la culata es de diez centímetros cúbicos y el mínimo volumen, con el pistón en su punto muerto superior, es de un centímetro cúbico, entonces la relación de compresión sería de 10:1. La relación de compresión en los motores diesel suele ser de 16:1 a 23:1. En los motores de explosión suele ser de 7:1 a 12:1, esta relación está limitada para no causar una auto inflamación antes de tiempo creándose así contra explosiones que provoquen un mal funcionamiento del motor. Posición de las Válvulas en Motores de Cuatro Tiempos de explosión:

Diagrama de bloques de entradas y salidas de un motor:

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