MOTOR DE COMBUSTION INTERNA ALTERNATIVO DE 4 TIEMPOS

OBJETIVOS:

Determinar los elementos principales de que conforman el motor alternativo de 4 tiempos.

Deternimar el principio de tranformacion de energia del motor alternativo de combustión interna

Definición:

Se denomina así todo motor en el cual la energía mecánica se obtiene mediante la transformación de la energía térmica derivada de una combustión, que se produce en el interior del propio motor y en el seno del propio fluido, llamado fluido activo, que genera el movimiento de los órganos del motor (alternativo o rotativo) o el empuje (motores a chorro).

El fluido activo suele estar constituido (con excepción de los motores espaciales) por una mezcla de aire y un combustible gaseoso o líquido finamente pulverizado. Como consecuencia de la combustión de esta mezcla, se generan variaciones de temperatura (en la práctica el fluido activo introduce calor en el motor en algunas fases del ciclo y extrae calor en otras) y de volumen a presión a partir de las cuales se obtiene trabajo.

Maqueta del Laboratorio:

Principio básico de funcionamiento

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 .

Este movimiento es transmitido por medio de la biela al eje principal del motor o cigüeñal, donde se convierte en movimiento rotativo, el cual se transmite a los mecanismos de transmisión de potencia (caja de velocidades, ejes, diferencial, etc.) y finalmente a las ruedas, con la potencia necesaria para desplazar el vehículo a la velocidad deseada y con la carga que se necesite transportar.

Principio de tranformacion de energia

Mediante el proceso de la combustión desarrollado en el cilindro, la energía química contenida en el combustible es transformada primero en energía calorífica, parte de la cual se transforma en energía cinética (movimiento), la que a su vez se convierte en trabajo útil aplicable a las ruedas propulsoras; la otra parte se disipa en el sistema de refrigeración y el sistema de escape, en el accionamiento de accesorios y en pérdidas por fricción.

En este tipo de motor es preciso preparar la mezcla de aire y combustible convenientemente dosificada, lo cual se realizaba antes en el carburador y en la actualidad con los inyectores en los sistemas con control electrónico. Después de introducir la mezcla en el cilindro, es necesario provocar la combustión en la cámara de del cilindro por medio de una chispa de alta tensión que la proporciona el sistema de encendido

Elementos:

Tipo de Motor de Combustión Interna: ALTERNATIVOELEMENTO DESCRIPCIÓN ESQUEMABLOQUE DE CILINDROS Y BANCADA

Sobre el bloque se apoyan las demás partes del motor por lo que su rigidez es esencial para el buen funcionamiento del motor..

CULATA Es la pieza del motor de diseño más complejo por la cantidad de funciones y requerimientos que debe cumplir. Puede haber una para todos los cilindros (motores pequeños), o una para cada cilindro o par de cilindros (motores más grandes).

PISTÓN Y SEGMENTOS

El pistón transmite la fuerza de los gases a la biela (requerimientos de resistencia mecánica), debe ser lo más estanco posible al paso de gases de combustión al cárter y de aceite del cárter a la cámara de combustión, para ello lleva a su alrededor unos aros metálicos que se ajustan al cilindro (segmentos).

BIELA Es la pieza encargada de unir el pistón con el cigüeñal, es una pieza de acero muy resistente, que tiene que transmitir la fuerza y movimiento que le da el pistón hasta el cigüeñal.Se divide en tres partes: Cabeza, Cuerpo y pies.

CIGÜEÑAL El cigüeñal es una pieza de acero forjado que tiene por misión transformar el movimiento de vaivén en movimiento de giro.

VÁLVULAS Son las encargadas decontrolar el paso de fluido porla cámara de combustión durante el proceso de renovación de la carga. La forma más común de las válvulas es la denominada de plato.La válvula más solicitada es la de escape por que la temperatura del fluido cuando pasa por ella es muy alta.

SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

Agrupa a todos loselementos mecánicos queprovocan la apertura y cierrede las válvulas, debe estarsincronizado con elmovimiento de pistón(cigüeñal) y completa unciclo de funcionamiento cadados vueltas del motor (elárbol de levas gira a la mitadde revoluciones que el cigüeñal).

Funcionamiento:

En un motor el pistón se encuentra ubicado dentro del cilindro, cuyas paredes le restringen el movimiento lateral, permitiendo solamente un desplazamiento lineal alternativo entre el punto muerto superior (PMS) y el punto muerto inferior (PMI); a dicho desplazamiento se le denomina carrera

Tanto el movimiento del pistón como la presión ejercida por la energía liberada en el proceso de combustión son transmitidos por la biela al cigüeñal. Este último es un eje asegurado por los apoyos de bancada al bloque del motor, y con unos descentramientos en cuales se apoyan las bielas, que son los que permiten que el movimiento lineal del pistón transmitido por la biela se transforme en un movimiento circular del cigüeñal.

Este movimiento circular debe estar sincronizado principalmente con el sistema de encendido y con el sistema valvular, compuesto principalmente por el conjunto de válvulas de admisión y de escape, cuya función es la de servir de compuerta para permitir la entrada de mezcla y la salida de gases de escape.

Normalmente las válvulas de escape son aleadas con cromo con pequeñas adiciones de níquel, manganeso y nitrógeno, para incrementar la resistencia a la oxidación debido a las altas temperaturas a las que trabajan y al contacto corrosivo de los gases de escape

Se denomina motor de cuatro tiempos al motor de combustión interna alternativo tanto de ciclo Otto como ciclo del diésel, que precisa cuatro, carreras del pistón o émbolo (dos vueltas completas del cigüeñal) para completar el ciclo termodinámico de combustión. Estos cuatro tiempos son:

1-Primer tiempo o admisión: en esta fase el descenso del pistón aspira la mezcla aire combustible en los motores de encendido provocado o el aire en motores de encendido por compresión. La

válvula de escape permanece cerrada, mientras que la de admisión está abierta. En el primer tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas da 90º y la válvula de admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente.

2-Segundo tiempo o compresión: al llegar al final de la carrera inferior, la válvula de admisión se cierra, comprimiéndose el gas contenido en la cámara por el ascenso del pistón. En el 2º tiempo el cigüeñal da 360º y el árbol de levas da 180º, y además ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente.

3-Tercer tiempo o explosión/expansión: al llegar al final de la carrera superior el gas ha alcanzado la presión máxima. En los motores de encendido provocado o de ciclo Otto salta la chispa en la bujía, provocando la inflamación de la mezcla, mientras que en los motores diésel, se inyecta a través del inyector el combustible muy pulverizado, que se autoinflama por la presión y temperatura existentes en el interior del cilindro. En ambos casos, una vez iniciada la combustión, esta progresa rápidamente incrementando la temperatura y la presión en el interior del cilindro y expandiendo los gases que empujan el pistón. Esta es la única fase en la que se obtiene trabajo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º mientras que el árbol de levas gira 90º respectivamente, ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente.

4 -Cuarto tiempo o escape: en esta fase el pistón empuja, en su movimiento ascendente, los gases de la combustión que salen a través de la válvula de escape que permanece abierta. Al llegar al punto máximo de carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión, reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas gira 90º.

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CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS M.C.I.A.

El gran desarrollo de los motores de combustión interna alternativos se debe a una serie de características entre las que se pueden destacar.

Posibilidad de poder quemar combustibles líquidos de elevado poder calorífico (posibilidad de transportar mucha energía con muy poco peso).

Esta característica les hace muy importantes en el campo de la automoción ya que condiciona la autonomía del vehículo.

Les permite competir con ventaja frente a los vehículos eléctricos los cuales la energía almacenada en la batería pesa mucho más.

Rendimiento térmico aceptable, dependiente del tamaño del motor pero que se mantiene bastante acotado para diferentes grados de carga y regímenes.

Esta característica es de gran importancia en todas las aplicaciones en las que la potencia que se necesite no sea constante.

Cuando esta condición junto con la autonomía son determinantes los M.C.I.A. no tienen competidores.

Amplio campo de potencias desde 0.1 kW hasta 32 MW.

Su campo de aplicación va desde modelismo hasta grandes motores marinos o estacionarios.

Ventajas e Inconvenientes:

Las principales ventajas de estos motores, que han motivado su gran desarrollo son:

El uso de combustibles líquidos, de gran poder calorífico, lo que proporciona elevadas potencias y amplia autonomía. Estos combustibles son principalmente la gasolina en los motores Otto y el gasóleo o diésel en los motores diésel aunque también se usan combustibles gaseosos como el hidrógeno molecular, el metano o el propano.

Rendimientos aceptables, aunque raramente sobrepasan el 50% (téngase en cuenta que rendimientos del 100% son imposibles, ver ciclo de Carnot).

Amplio campo de potencias, desde 0,1 kW hasta más de 30 MW lo que permite su empleo en la alimentación de máquinas manuales pequeñas así como grandes motores marinos.

Sin embargo, estos motores no están exentos de inconvenientes, entre los que cabe señalar:

Combustible empleado. Estos motores están alimentados en su mayoría (aunque existen desarrollos alternativos) por gasolina o diésel, dos derivados del petróleo que como sabemos es un recurso no renovable, además de sufrir su precio fluctuaciones de consideración.

Contaminación. Los gases de la combustión de estos motores son los principales responsables de la contaminación en las ciudades (junto con las calefacciones de combustibles fósiles), lo que da lugar a episodios agudos de contaminación local como el smog fotoquímico y contribuye de forma importante en fenómenos globales como el efecto invernadero y consecuente cambio climático.

En algunas aplicaciones, el motor alternativo se ha sustituido con éxito por una turbina, y se han comercializado ya automóviles eléctricos, si bien, con autonomía limitada debido al peso de las baterías y solares. El principal handicap de estos dos últimos sistemas es que las prestaciones del vehículo son notablemente inferiores a las proporcionadas por un motor de combustión interna alternativo, por lo que su demanda es muy reducida.

Conclusiones:

Se determino que los elementos principales de que conforman el motor alternativo de 4 tiempos son: Bolque, culata, pistones, biela, cigüeñal, sistema de distribución valvulas,

Su principio de tranformacion de energia del motor alternativo de combustión interna es que mediante el quemado de una mezcla comprimida de aire y combustible dentro de una cámara cerrada o cilindro, esto con el fin de incrementar la presión y generar con suficiente potencia el movimiento lineal alternativo del pistón . Este movimiento es transmitido por medio de la biela al eje principal del motor o cigüeñal, donde se convierte en movimiento rotativo, el cual se transmite a los mecanismos de transmisión de potencia (caja de velocidades, ejes, diferencial, etc.) y finalmente a las ruedas, con la potencia

Referencias

1. http://diccionario.motorgiga.com/diccionario/combustion-interna-motor-de-definicion- significado/gmx-niv15-con193625.htm

2. Bachiller, Andrés. Motores de Combustión Interna Alternativos.

3. Pedro V. Arnal Atares, Antonio Laguna Blanca. Tractores y motores agrícolas

4. Dante Giacosa Motores endotérmicos  - Editorial HOEPLI5. http://www.banrepcultural.org/blaavirtual/ciencias/sena/mecanica/gas-preconversion-

vehiculos/gaspre5a.htm

6. http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/ciclo_teorico.pdf 7. M.Muñoz, F. Payri . Motores de combustión interna alternativo, Sección de publicaciones

de la E.T.S. de Ingenieros Industriales (Universidad Politécnica de Madrid), 1989.