Asignatura: Motores de Combustión Interna TEMA I: Introducción a los Motores de Combustión Interna Contenido: 1.1- Clasificación de los motores Peculiaridades.

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1 Asignatura: Motores de Combustión Interna TEMA I: Introducción a los Motores de Combustión Interna Contenido: 1.1- Clasificación de los motores. 1.2- Peculiaridades de los ciclos teóricos. Diferencias con los ciclos reales. 1.3- Alternativa energética para el transporte. Dr. C. Alexis Cordovés GarcíaDpto. Ciencias de la Ingeniería UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

2 Máquinas térmicas: Es un dipositivo cuyo objetivo es convertir calor en trabajo. Para ello utiliza una sustancia de trabajo (vapor de agua, aire, gasolina) que realiza una serie de transformaciones termodinámicas de forma cíclica, para que la máquina pueda funcionar de forma continua. Motor de Combustión Interna Máquina térmica

3 Motor de Combustión Interna: Máquina térmica que transforma la energía en movimiento. Funciona mediante la liberación de la energía que se produce al explotar el combustible en el interior del cilindro. En el siglo XIX con el surgimiento del tren de vapor y el motor de combustión interna en los coches, empezó la gran revolución del transporte, que aún hoy día continúa

4 1.1- Clasificación de los motores 1.Por su utilización: a)estacionarios: se emplean en las centrales eléctricas de pequeña y mediana potencia (normalmente de emergencia ante fallas en el suministro de energía eléctrica), para accionar equipos de bombeo, compresores, en la agricultura (cortacésped, sierras mecánicas, etc.). b)de transporte: se montan en los automóviles, tractores, aviones, barcos, locomotoras y demás máquinas de transporte.

5 2.Por el tipo de combustible que consumen: a)de combustible líquido ligero: gasolina, benceno, keroseno, ligroína (tipo de nafta) y alcohol. b)de combustible líquido pesado: aceite de origen sintético (fuel oil) para la generación de energía en termoeléctricas, diésel o gasoil. c)de combustible gaseoso: gas de gasógeno (, gas natural y otros. d)de combustible mixto: el combustible principal es un gas, pero para la puesta en marcha se utiliza un combustible líquido. e)de diversos combustibles: gasolina, keroseno, diésel, etc.

6 3.Por la manera de transformar la energía térmica en mecánica: a)de émbolo o alternativos: la combustión y la transformación se producen en el cilindro. b)de turbina de gas: la combustión se realiza en una cámara de combustión especial y la transformación ocurre en las paletas del rotor de la turbina de gas. c)combinados: la combustión se realiza en un motor de émbolo, que es a la vez generador de gas, y la transformación ocurre parcialmente en el cilindro del motor de émbolo y parcialmente en las paletas del rotor de una turbina de gas (motor de pistones libres, motores alternativos con turbina de gases de escape y otros).

7 Motor de émbolo o alternativos

8 Turbina de gas

9 Un motor de pistón libre es un motor de combustión interna de dos tiempos con ignición espontánea (como en un motor diésel). En este motor el movimiento del pistón responde únicamente a la presión del gas, sin necesidad de biela ni de cigüeñal para originar una rotación. Las configuraciones básicas de los motores de pistón libre son: un único pistón, un pistón doble o dos pistones opuestos. Dentro de sus ventajas es que funciona con cualquier tipo de combustible (con gas, gasolina, gasóleo, aceite vegetal y otros) pero son más contaminantes que los motores convencionales y la potencia que ofrece, a través de una turbina de gas asociada, es tan alta que exigiría incluir reductoras de gran tamaño en el coche. Encontró aplicación en algunas centrales eléctricas y camiones Motores de pistones libres

10 Motores combinados: La transformación ocurre parcialmente en el cilindro del motor de émbolo y parcialmente en las paletas del rotor de una turbina de gas

11 4.Por el procedimiento de preparar la mezcla, para los motores de émbolo: a)con formación externa de la mezcla: la mezcla combustible se prepara fuera del cilindro. Así funcionan todos los motores de carburador y de gas y los motores en que el combustible se inyecta en el tubo de admisión. b)con formación interna de la mezcla: durante la admisión en el cilindro no entra más que aire, y la mezcla de trabajo se forma dentro del cilindro. Así funcionan los motores diésel, los de encendido por chispa en que el combustible se inyecta en el cilindro y los motores de gas en que éste último se hace llegar al cilindro al comenzar la compresión.

12 5.Por el procedimiento de encendido: a)motores de encendido por chispa: la mezcla combustible se inflama por medio de una chispa eléctrica. b)motores de encendido por compresión (diésel). c)motores de pre-combustión: el encendido de la mezcla por medio de chispa se produce en una cámara de combustión especial (antecámara) de pequeño volumen y después continúa la combustión en el cilindro. d)motores de encendido del combustible gaseoso por una pequeña porción de aceite diésel que se inflama por compresión (proceso líquido - gaseoso).

13 6.Por el método de efectuar el ciclo de trabajo (motores de pistón): a)de 4 tiempos sin sobrealimentación (admite aire de la atmósfera) y con sobrealimentación (toma de la mezcla a presión). Motor de gasolina de 4 tiempo (ciclo Otto) Motor diésel de 4 tiempo b)de 2 tiempos sin sobrealimentación y con ella. Motor de gasolina de 2 tiempo (ciclo Otto) Motor diésel de 2 tiempo La sobrealimentación puede ser por compresor accionado con una turbina de gas que funciona con los gases de escape (gasoturbo sobrealimentación); por compresor movido mecánicamente por el mismo motor y por dos compresores, uno de los cuales es accionado por una turbina de gas y el otro, por el mismo motor.

14 7.Por el procedimiento de refrigeración: a)de refrigeración por líquido b)de refrigeración por aire 8.Por la regulación de la mezcla al variar la carga de la mezcla: a)motores con regulación de la calidad de la mezcla: al variar la carga, varía también la composición de la mezcla, enriqueciéndola o empobreciéndola según las necesidades b)motores con regulación de la cantidad de mezcla: al variar la carga, no varía la composición de la mezcla, sino la cantidad de la misma que entra en el motor c)motores con regulación mixta: la cantidad y la composición de la mezcla varía en función de la carga

15 9.Por su estructura: a)motores de émbolo, que por la disposición de los cilindros son: verticales en línea horizontales en línea en “V” radial o de estrella con cilindros opuestos Por la disposición de los émbolos son: de pistón simple de doble acción b)motores rotatorios de émbolo:

16 Motor vertical en línea

17 Motor horizontal con cilindros opuestos

18 Motores en V

19 Radial o de estrella

20 Pistones opuestos dentro de un único cilindro

21 Motor diésel de pistones opuestos

22 Motor Rotativo tipo Wankel

23 Motores rotativos de émbolos

24 Ventajas de los motores diésel sobre el de gasolina: 1.Mayor economía del combustible. 2.El costo del combustible diésel es más bajo. 3.Elevada duración de la vida útil. 4.Menor contaminación ambiental por los gases de escape. Por otra parte, ambos tienen similares índices energéticos y dimensiones, se ha producido un cercamiento de los costos de producción entre ambos tipos de motores.

25 Aspectos a tener en cuenta al diseñar un motor: 1.El número y disposición de los cilindros se determinará en base a los requerimientos que se presentan al nuevo motor 2.Tendencia a obtener un diseño de menor masa y elevada rigidez 3.Equilibrado de las fuerzas de inercia y sus momentos 4.Tipo de sistema de refrigeración. 5.Selección de materiales termo-resistentes

26 Tipos de ciclos teóricos según el procedimiento de suministro y extracción de calor: 1.el calor se suministra a volumen constante (corresponde aproximadamente a la combustión en los MCI de encendido por chispa) 2.el calor se suministra a presión constante (corresponde aproximadamente a la combustión en los MCI diésel con compresor). 3.cierta cantidad de calor se suministra a volumen constante y el resto a presión constante, o suministro mixto de calor (corresponde aproximadamente a la combustión en los MCI diésel rápidos sin compresor).

27 1.2 Peculiaridades de los ciclos teóricos. Diferencias con los ciclos reales. El conjunto de las transformaciones que permiten obtener energía mecánica de la térmica que se desprende durante la combustión de la mezcla aire – carburante se nombra ciclo real. En todo MCI que funcione cumpliendo un ciclo real se producen una serie de pérdidas complementarias que hacen disminuir la eficiencia con que se aprovecha el calor en comparación con la del ciclo teórico. La comparación de los valores del rendimiento de ambos ciclos permite establecer el perfeccionamiento con que se aprovecha el calor en el ciclo real.

28 Suposiciones en los ciclos teóricos : 1.en el cilindro del MCI hay durante todo el tiempo una cantidad constante e invariable de agente de transformación (por ejemplo, aire) que realiza un ciclo. Así se excluyen las pérdidas que se producen en el motor real debidas al trabajo que hay que gastar en expulsar los gases de escape y en introducir en el cilindro la nueva porción de mezcla combustible o de aire. 2.la capacidad calorífica del agente de transformación que hay en el cilindro se considera constante durante todo el ciclo e independiente de la temperatura.

29 3.No se consideran las pérdidas de calor inherentes a la combustión del carburante en el motor real. 4.Las transformaciones de compresión y expansión se cumplen sin intercambio de calor con el medio exterior (son transformaciones adiabáticas).

30 1.3 Alternativa energética para el transporte a)Baterías acumuladoras: (en motores eléctricos) Ventajas: Son fuentes ecológicamente limpias (solares, acumuladores) Desventajas: Gran volumen de las baterías Pesadas Precisan de recargas frecuentemente La eficiencia varía de acuerdo con la latitud Desarrolla baja potencia y son prácticamente inútiles de noche

31 Orientación del seminario No1. Tema: Clasificación de los motores. Características principales de cada tipo Organización del seminario: Distribuir un tema por estudiante según las indicaciones contenidas en el documento “Orientación Seminario 1” contenido en esta carpeta.

32 Conclusiones: La gran diversidad existente de MCI, nos motiva al conocimiento de sus particularidades de diseño, su campo de aplicación, sus ciclos de funcionamiento, entre otras cosas. Los MCI han alcanzado mayor difusión en los equipos de transporte y se distinguen por su compacidad, alto rendimiento y durabilidad. La mayor parte de estos motores funcionan con combustible líquido y una parte menor con combustible gaseoso. Las investigaciones mas recientes están dirigidas hacia el uso eficiente de la energía calorífica y a la búsqueda de fuentes alternativas como la solar, biocombustibles y la eléctrica.

33 Asignatura: Motores de Combustión Interna TEMA I: Introducción a los Motores de Combustión Interna Contenido: 1.1- Clasificación de los motores. 1.2- Peculiaridades de los ciclos teóricos. Diferencias con los ciclos reales. 1.3- Alternativa energética para el transporte. Dr. C. Alexis Cordovés GarcíaDpto. Ciencias de la Ingeniería UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA