INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIORDE ALVARADO (campus Tlalixcoyan)

INGENIERIA:

MATERIA:

UNIDAD I:

TEMA:

1.1. Definicin, clasificacin y principio de funcionamiento.1.2. Componentes y funcionamiento de los sistemas auxiliares de los motores de combustin interna reciprocantes.1.3. Principio de funcionamiento de los motores reciprocantes de combustin externa. Motor Stirling.SEMESTRE-GRUPO:

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PRESENTA:

DOCENTE:

H. Y G. TLALIXCOYAN, VER. 27 AGOSTO 2014

1.1. Definicin, clasificacin y principio de funcionamiento.Definicin Se denominan mquinas de fluido aquellas que tienen como funcin principal intercambiar energa con un fluido que las atraviesa. Este intercambio implica directamente una transformacin de energa.Clasificacin Formas de clasificar a los motores de fluidos compresibles (tipo de combustin, ciclo termodinmico, tipo de combustible, diseodel motor, aplicacin, tipo deenfriamiento, etc.)Tipo de combustin externa:Es una mquina que realiza una conversin de energa calorfica en energa mecnica mediante un proceso de combustin que se realiza fuera de la mquina, generalmente para calentar agua que, en forma de vapor, ser la que realice el trabajo, en oposicin a los motores de combustin interna, en los que la propia combustin, realizada dentro del motor, es la que lleva a cabo el trabajo. Los motores de combustin externa tambin pueden utilizargas como fluido de trabajo (aire, H2 y He los ms comunes) como en el ciclo termodinmico Stirling.Tipo de combustin interna:Es un tipo de mquina que obtiene energa mecnica directamente de la energa qumica producida por un combustible que arde dentro de una cmara de combustin, la parte principal de un motor. Se emplean motores de combustin interna de cuatro tipos: El motor de explosin ciclo Otto, cuyo nombre proviene del tcnico alemn que lo invent, NikolausAugust Otto, es el motor convencional de gasolina que se emplea en automocin y aeronutica. El motordisel, llamado as en honor del ingeniero alemn nacido en Francia Rudolf Disel, funciona con un principio diferente y suele consumirgasleo. Se emplea en instalaciones generadoras de energa elctrica, en sistemas de propulsin naval, en camiones, autobuses y automviles. Tanto los motores Otto como los disel se fabrican en modelos de dos y cuatro tiempos. El motor rotatorio. La turbina de combustin.Tipo de ciclos de trabajo1. Motores de dos tiempos: Motores donde todo el ciclo de trabajo se realiza encada vuelta de cigeal.2. Motores de cuatro tiempos: En este caso el ciclo de trabajo se realiza por cada dos vueltas del cigeal.Tipo de combustible De plvora: Mquina en la que se prenda una carga de plvora en el interior de un cilindro, para poder impulsar el pistn.Gasolina: Transforma la energa obtenida por combustin de una mezcla gaseosa carburada, proveniente del carburador, en energa mecnica utilizada para propulsar un mbolo que acta sobre una biela, la cual mueve el cigeal y a travs de transmisiones provoca el movimiento de las ruedas.Disel: Motor que aspira aire puro, sin mezcla de combustible. En el tiempo de compresin, el aire se comprime, con lo que alcanza una temperatura extraordinariamente alta.Vapor: El vapor penetra por un cilindro, por debajo de un mbolo, y se condensa con un chorro de agua fra. Este proceso genera un vaco parcial, y la presin atmosfrica que acta por encima del mbolo lo hace bajar.Tipo de sistema de alimentacin1. Motores de aspiracin natural: Son motores en los que el cilindro de trabajo se llena por la aspiracin natural del pistn al hacer vaco.2. Motores sobre-alimentados : Estn dotados de un compresor que fuerza la mezcla de aire combustible o aire solo, segn el caso, en el cilindro de trabajoDiseo del motorSegn el modo de operar1.Motoresconmecanismopistn-biela-cigeal:Son los motores ms utilizados enlos automviles desde sus orgenes. Este esquema de trabajo es el ms representativo del motor de combustin interna.2.Motores rotatorios: Seusan casiexclusivamente por algunosfabricantesdeautomviles, principalmente para los amantes de la velocidad.Tipo de lubricacin1. Motores decrter hmedo:Motores dondeexiste un crter quecontiene aceitelubricante.2. Motores de crter seco: En este caso el crter est vaco y el lubricante entra al motor mezclado con la gasolina.

Tipo de enfriamiento1. Por Aire2. Por LquidoLas mquinas de fluido se suelen clasificar segn varios principios. Segn la naturaleza del fluido que las atraviesa Segn el mecanismo de intercambio energtico Segn el sentido de intercambio energticoSegn la naturaleza del fluido que las atraviesa:Mquina trmica o mquina de fluido compresible: Trabaja con fluidos compresibles, ya sean condensables o no condensables. Se aprovecha la energa trmica del fluido, ya que la energa mecnica se produce mediante la expansin del fluido (incremento de su volumen especfico). Al incrementar la temperatura del fluido a la entrada de la mquina, se obtendr una mayor cantidad de energa mecnica en el eje de la mquina. Las mquinas de fluido tambin se clasifican atendiendo a dos criterios, la cantidad de fluido y el movimiento de la mquina.Segn el mecanismo de intercambio energtico: Mquinas volumtricas o de desplazamiento positivo son aquellas mquinas que son atravesadas por cantidades discretas de fluido. stas a su vez se clasifican en alternativas o rotativas en funcin del movimiento ejercido.Turbo mquinas son aquellas mquinas que son atravesadas por un flujo continuo y que intercambian energa a travs de un rgano de movimiento rotativo, es decir, un rotor.Segn el sentido de intercambio energtico: Si en el proceso el fluido incrementa su energa, la mquina se denomina generadora (compresores, bombas), mientras que si la disminuye, la mquina se denomina motora (turbinas, motores de explosin).

1.2. Componentes y funcionamiento de los sistemas auxiliares de los motores de combustin interna reciprocantes.Un motor de combustin interna es un tipo de mquina que obtiene energa mecnica directamente de la energa qumica producida por un combustible que arde dentro de una cmara de combustin, la parte principal de un motor. Se emplean motores de combustin interna de cuatro tipos:El motor de explosin ciclo Otto, cuyo nombre proviene del tcnico alemn que lo invent, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina que se emplea en automocin y aeronutica.El motor disel, llamado as en honor del ingeniero alemn nacido en Francia Rudolf Disel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasleo. Se emplea en instalaciones generadoras de energa elctrica, en sistemas de propulsin naval, en camiones, autobuses y automviles. Tanto los motores Otto como los disel se fabrican en modelos de dos y cuatro tiempos.El motor rotatorio o Wankel.La turbina de combustin.

1.2.1 Motores encendidos por chispaDentro de los motores de combustin interna de encendido por chispa existen dos tipos por la cantidad de tiempos que hay en un ciclo del motor: Motor de cuatro tiempos Motor de dos tiemposLa mayora de estos motores el combustible que utilizan es la gasolina aunque tambin pueden usar metanol.MOTOR DE CUATRO TIEMPOSPrimer tiempo o admisin: en esta fase el descenso del pistn aspira la mezcla aire combustible en los motores de encendido provocado o el aire en motores de encendido por compresin. La vlvula de escape permanece cerrada, mientras que la de admisin est abierta. En el primer tiempo el cigeal da 180 y el rbol de levas da 90 y la vlvula de admisin se encuentra abierta y su carrera es descendente

Segundo tiempo o compresin: Al llegar al final de carrera inferior, la vlvula de admisin se cierra, comprimindose el gas contenido en la cmara por el ascenso del pistn. En el 2 tiempo el cigeal da 360 y el rbol de levas da 180, y adems ambas vlvulas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente .Tercer tiempo o explosin: Al llegar al final de carrera superior el gas ha alcanzado la presin mxima. En los motores de encendido provocado, salta la chispa en la buja, provocando la inflamacin de la mezcla, mientras que en los motores disel, se inyecta con jeringa el combustible que se auto inflama por la presin y temperatura existentes en el interior del cilindro. En ambos casos, una vez iniciada la combustin, esta progresa rpidamente incrementando la temperatura en el interior del cilindro y expandiendo los gases que empujan el pistn. Esta es la nica fase en la que se obtiene trabajo. En este tiempo el cigeal da 180 mientras que el rbol de levas da 240, ambas vlvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente.

Cuarto tiempo o escape: En esta fase el pistn empuja cuidadosamente, en su movimiento ascendente, los gases de la combustin que salen a travs de la vlvula de escape que permanece abierta. Al llegar al punto mximo de carrera superior, se cierra la vlvula de escape y se abre la de admisin, reinicindose el ciclo. En este tiempo el cigeal da 360 y el rbol de levas da 180 y su carrera es ascendente.

Motor de dos tiemposFase de admisin-compresin. El pistn se desplaza hacia arriba (la culata) desde su punto muerto inferior, en su recorrido deja abierta la lumbrera de admisin. Mientras la cara superior del pistn realiza la compresin en el cilindro, la cara inferior succiona la mezcla aire combustible a travs de la lumbrera. Para que esta operacin sea posible el crter ha de estar sellado. Es posible que el pistn se deteriore y la culata se mantenga estable en los procesos de combustin. Fase de potencia-escapeAl llegar el pistn a su punto muerto superior se finaliza la compresin y se provoca la combustin de la mezcla gracias a una chispa elctrica producida por la buja. La expansin de los gases de combustin impulsa con fuerza el pistn que transmite su movimiento al cigeal a travs de la biela. En su recorrido descendente el pistn abre la lumbrera de escape para que puedan salir los gases de combustin y la lumbrera de transferencia por la que la mezcla aire-combustible pasa del crteral cilindro. Cuando el pistn alcanza el punto inferior empieza a ascender de nuevo, se cierra la lumbrera de transferencia y comienza un nuevo ciclo.

Motor WankelEl motor Wankel es un tipo de motor de combustin interna, inventado por Flix Wankel, que utiliza rotores en vez de los pistones de los motores alternativos. En un motor Wankel se desarrollan los mismos 4 tiempos 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.Motores de encendido por compresinLos motores de encendido por compresin son mejor conocidos como los motores Disel cuyo encendido se logra por la temperatura elevada que produce la compresin del aire en el interior del cilindro. Fue inventado y patentado por Rudolf Disel en 1895, del cual deriva su nombre. Este puede ser tambin de cuatro o dos tiempos. Primero admisin: la vlvula de admisin se abre y permite la entrada de aire hacia el cilindro. El pistn va de su PMS hacia su PMI. La vlvula de escape permanece cerrada. Segundo tiempo compresin: Tanto la vlvula de admisin y de escape se encuentran cerradas. El pistn inicia su recorrido de su PMI hacia su PMS y comprime el aire que se encuentra en el cilindro aumentando su presin y temperatura a valores muy elevados. Tercer tiempo Trabajo: Ambas vlvulas se encuentran cerradas. Inicia el proceso de inyeccin de combustible hacia la cmara de combustin el cual por la temperatura tan elevada que se encuentra se inflama y se quema haciendo que los gases empujen el pistn de su PMS hacia su PMI produciendo una fuerza que ser transmitida hacia el cigeal. Cuarto tiempo Escape: La vlvula de escape se abre. El pistn va de su PMI hasta su PMS haciendo que los gases de la combustin salgan del cilindro. TurbinasTurbina es el nombre genrico que se da a la mayora de las turbo maquinas motoras. Las turbinas constan de una o dos ruedas con paletas, denominadas rotor y estator, siendo la primera la que, impulsada por el fluido, arrastra el eje en el que se obtiene el movimiento de rotacin.Tipos de turbinasLas turbinas, por ser turbo mquinas, pueden clasificarse de acuerdo a los criterios expuestos en aquel artculo. Pero en el lenguaje comn de las turbinas suele hablarse de dos subgrupos principales: Turbinas hidrulicas y Turbinas trmicas.Turbinas hidrulicasSon aquellas cuyo fluido de trabajo sufre un cambio de densidad considerable a travs de su paso por el rodete o por el estator; stas son generalmente las turbinas de agua, que son las ms comunes, pero igual se pueden modelar como turbinas hidrulicas a los molinos de viento o aerogeneradores.Dentro de este gnero suele hablarse de:Turbinas de accin: Son aquellas en que el fluido no sufre ningn cambio de presin a travs de su paso por el rodete. La presin que el fluido tiene a la entrada en la turbina se reduce hasta la presin atmosfrica en la corona directriz, mantenindose constante en todo el rodete.Su principal caracterstica es que carecen de tubera de aspiracin.Turbinas trmicas Son aquellas cuyo fluido de trabajo sufre un cambio de densidad considerable a travs de su paso por la mquina. Estas se suelen clasificar en dos subconjuntos distintos debido a sus diferencias fundamentales de diseo:Turbinas a vapor: su fluido de trabajo puede sufrir un cambio de fase durante su paso por el rodete; este es el caso de las turbinas a mercurio, que fueron populares en algn momento, y el de las turbinas a vapor de agua, que son las ms comunes.Turbinas a gas: En este tipo de turbinas no se espera un cambio de fase del fluido durante su paso por el rodete.Carburador El carburador es el dispositivo que hace la mezcla de aire-combustible en los motores de gasolina. A fin de que el motor funcione ms econmicamente y obtenga la mayor potencia de salida, es importante que la gasolina este mezclada con el aire en las proporciones ptimas.El carburador posee una divisin donde la gasolina y el aire son mezclados y otra porcin donde la gasolina es almacenada (cuba). Estas partes estn divididas pero estn conectadas por la tobera principal. La reaccin de aire-combustible es determinante del funcionamiento del motor. La clave es que el aire debe ser frio para que este rendimiento se haga. El carburador opera bsicamente con el mismo principio de un pulverizador de pintura. Cuando el aire es soplado, cruzando el eje de la tubera pulverizadora, la presin interior de la tubera cae.Inyeccin La inyeccin de combustible es un sistema de alimentacin de motores de combustin interna, alternativo al carburador, que es el que usan prcticamente todos los automviles europeos desde 1990, debido a la obligacin de reducir las emisiones contaminantes y para que sea posible y duradero el uso del catalizador.Este sistema es utilizado, obligatoriamente, en el ciclo del disel desde siempre, puesto que el combustible tiene que ser inyectado dentro de la cmara en el momento de la combustin (aunque no siempre la cmara esta sobre la cabeza del pistn). Los sistemas de inyeccin se dividen en:Inyeccin multipunto mono punto: Para ahorrar costes a veces se utilizaba un solo inyector para todos los cilindros, o sea, mono punto; en vez de uno por cada cilindro, o mono punto.Directa e indirectaEn los motores de gasolina es indirecta si se pulveriza el combustible en el colector de admisin en vez de dentro de la cmara de combustin o sea en el cilindro.1.3. Principio de funcionamiento de los motores reciprocantes de combustin externa. Motor Stirling.

Un motor de combustin externa es una mquina que realiza una conversin de energa calorfica en energa mecnica mediante un proceso de combustin que se realiza fuera de la mquina, generalmente para calentar agua que, en forma de vapor, ser la que realice el trabajo.Motores StirlingEl motor Stirling fue inventado en 1816 por Robert Stirling, reverendo escoses. El objetivo era tener un motor menos peligroso que la mquina de vapor. El principio de funcionamiento es el trabajo hecho por la expansin y contraccin de un gas (normalmente helio o hidrogeno) al ser obligado a seguir un ciclo de enfriamiento en un foco frio, 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 y se trata de un motor trmico. Este motor, de gran antigedad, contina en investigacin gracias a la versatilidad de fuente de energa posible, ya que al necesitar solamente una fuente de calor, es posible usar una gran variedad de fuentes energticas (energa solar trmica, todo tipo de combustible, uso de la biomasa, calor geotrmico, etc.)Funcionamiento El regenerador, que, aunque no es obligatorio, permite alcanzar mayores rendimientos. Este, tiene la funcin de absorber y ceder calor en las evoluciones a volumen constante del ciclo. El regenerador es un medio poroso, con conductividad trmica despreciable. Divide al motor en dos zonas: zona caliente y zona fra. El fluido se desplaza de la zona caliente a la fra a lo largo de los diversos ciclos de trabajo, atravesando el regenerador