Motores térmicos y sus sistemas auxiliares

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Motores térmicos
Vamos a conocer...
1. Definición y clasificación de los motores térmicos
2. Ciclos de trabajo
3. Componentes principales de un motor
de 4 tiempos
4. Tendencias actuales
PRÁCTICA PROFESIONAL 1
Identificar si un motor es Otto o es diésel
PRÁCTICA PROFESIONAL 2
Localizar la ubicación del motor de un vehículo
e identificar el tipo de tracción del mismo
Y al finalizar esta unidad…
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■
Sabrás el origen y la definición del motor térmico.
■
Entenderás cómo se pueden clasificar.
■
Conocerás su ciclo de trabajo.
■
Sabrás la denominación de sus componentes
principales.
■
Descubrirás las tendencias actuales en motorización.
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Motores térmicos
1. Definición y clasificación de los motores
térmicos
1.1. Definición
Un motor de combustión interna es una máquina capaz de trasformar la
energía química de un fluido combustible en térmica y mecánica.
Aunque es Etienne Lenoir quien inventa el motor de gas, es Nicolaus August Otto en 1876 quien construye el primer motor de combustión interna
utilizando un ciclo de cuatro tiempos.
1.2. Clasificación de los motores térmicos
Existen distintos criterios según los cuales es posible clasificar los motores
térmicos. Los más importantes son:
■
Según el tipo de combustible utilizado se distinguen:
– Motores de gasolina. Se basa en el ciclo de Otto, también conocidos
como M.E.P. (Motores de encendido provocado).
Figura 1.1. Prototipo de motor de combustión
interna creado por Karl Benz en 1886.
– Motores de gasóleo. Se basa en el ciclo de Diesel, también conocidos
como M.E.C. (Motores de encendido por compresión).
■
Según su ciclo de funcionamiento se distinguen:
– Motores de cuatro tiempos (4T).
– Motores de dos tiempos (2T).
■
Según el movimiento del émbolo aparecen:
– Motores alternativos.
– Motores rotativos.
■
Según el número y la disposición de los cilindros. En este caso se dan
múltiples posibilidades, algunas de ellas se muestran en la siguiente
figura:
1 2
3
4
5
6
2
Figura 1.2. Nicolaus August Otto.
3
1
1
5
2
6
4
3
4
Figura 1.3. Diferentes disposiciones de los cilindros: en línea (izquierda), en V (centro) y opuestos
(derecha).
Estas son las configuraciones que, generalmente, se utilizan en el automóvil
y otras variantes de vehículos industriales. En avionetas, por ejemplo, se
utilizan motores con disposición en estrella.
En general, el número de cilindros y la disposición de los mismos, va unido
a factores como la potencia, el diseño de la carrocería, la filosofía del fabricante, la fiscalidad y el cuidado al medio ambiente.
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Unidad 1
2. Ciclos de trabajo
2.1. Motor de 4 tiempos de Otto
La tipificación del motor de 4 tiempos está unida a las fases del ciclo de
trabajo que se produce en el mismo. Las cuatro fases son:
■
Admisión. Se introduce una mezcla de aire y gasolina en el cilindro.
■
Compresión. El movimiento del pistón comprime la mezcla.
■
Fase de trabajo o explosión. En esta fase, mediante una chispa eléctrica,
se provoca el encendido o explosión de la mezcla.
■
Fase de barrido o escape. Por último, se eliminan los gases quemados
en la combustión.
Para realizar el ciclo completo, el eje de giro denominado cigüeñal realiza
dos vueltas completas, es decir, 720 °.
El combustible utilizado será gasolina o GLP (Gas Licuado de Petróleo).
Válvula de
admisión
Válvula de
escape
Admisión
Compresión
Combustión y expansión
Escape
Figura 1.4. Ciclo de trabajo de un motor Otto de cuatro tiempos.
2.2. Motor Otto de 2 tiempos
El motor de 2 tiempos realiza el ciclo de trabajo anterior en un giro del
cigüeñal de 360°. Es decir, realiza las cuatro fases descritas anteriormente
(admisión, compresión, explosión y escape), pero en dos movimientos del
pistón. El motor de 4T produce una explosión por cada dos vueltas del cigüeñal, mientras que el de 2T la produce cada vuelta.
Otra diferencia con el de 4T radica en la utilización del pistón: en el motor
de 2T se utiliza tanto la parte superior como la inferior, mientras que en el
de 4T solo se utiliza la parte superior. De este modo, los dos tiempos de
este tipo de motor son:
Figura 1.5. Motor Otto de dos tiempos.
■
Carrera ascendente del pistón. Al subir el pistón, la parte superior del
mismo comprime la mezcla de aire, gasolina y aceite, y la parte inferior
provoca la admisión de la mezcla en el cárter. En este movimiento se
comprenden las fases de admisión y compresión.
■
Carrera descendente del pistón. Una vez comprimida la mezcla, se produce la explosión. De este modo, el pistón baja empujando los gases hacia
la salida a la vez que se genera trabajo mecánico. En este movimiento se
dan las fases de explosión y escape.
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Motores térmicos
Suelen ser motores de poca potencia y de un solo cilindro, carecen de válvulas para el intercambio de los gases, poseen lumbreras de escape, admisión
y tránsferes. Utilizan como combustible gasolina o metanol y se emplean en
ciclomotores, maquinaria de jardinería, obra pública y modelismo.
Lumbrera
de escape
Lumbrera
de admisión
Lumbrera de
transferencia
Figura 1.6. Ciclo de trabajo de un motor Otto de dos tiempos.
2.3. Motor diésel de 4 tiempos
El ciclo de trabajo se realiza en 2 vueltas completas del cigüeñal al igual que
el motor Otto de 4 tiempos, pero aparecen algunas diferencias:
■
Admisión. Se introduce únicamente aire en el interior del cilindro, en el
de Otto también entraba combustible.
■
Compresión. El movimiento del cilindro comprime el aire, aumentando
su temperatura de forma considerable.
■
Fase de trabajo o explosión. En esta fase se inyecta el combustible, en
este caso gasóleo. A medida que se inyecta, la mezcla se va inflamando
hasta producirse la combustión. En este caso, a diferencia del motor
de Otto, no es necesaria la presencia de una chispa para producir la
explosión.
■
Fase de barrido o escape. Por último, se eliminan los gases quemados
en la combustión.
Este motor recibe el nombre de su inventor Rudolf Diesel, quien en 1897
construye el primer motor que utilizaba como combustible aceite de palma.
Admisión
Compresión
Combustión y expansión
Escape
Figura 1.7. Ciclo de trabajo de un motor diésel de cuatro tiempos.
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Unidad 1
2.4. Motor diésel de 2 tiempos
Al igual que el de 2 tiempos Otto, realiza su ciclo de trabajo completo en
360 ° de giro de cigüeñal, pero emplea válvulas para el escape y suele ser
sobrealimentado.
■
Admisión y escape (A). Cuando el pistón se encuentra en el punto más
bajo, descubre una serie de lumbreras de admisión, por ellas se introduce aire limpio del exterior. Ese aire, a su vez, empujará los gases de
escape de la combustión anterior, expulsándolos a través de las válvulas
de escape.
■
Compresión y explosión (B). Al subir el pistón, se tapona la entrada de
aire y se cierran las válvulas de escape. De este modo, el aire se comprime
calentándose en la parte superior del cilindro. En ese instante comienza
la inyección del combustible, produciéndose la explosión espontánea y
la obtención de trabajo mecánico.
Generalmente, su utilización más habitual es en la industria náutica.
B
A
1
3
4
2
5
1 Turbocompresor
2 Refrigerador de aire
de admisión
3 Pistón
4 Lumbreras de escape
5 Lumbreras de admisión
6 Válvulas de lengüeta
7 Cruceta de biela
6
7
Figura 1.8. Ciclo de trabajo de un motor diésel de dos tiempos turboalimentado.
2.5. Motor rotativo Wankel
Recibe su nombre de su inventor, Felix Wankel, un joven ingeniero alemán
que en 1924 crea dicho motor y consigue su patente en 1929. El ciclo de trabajo se realiza en un giro del cigüeñal y del rotor (sustituye al émbolo). Tiene
menos elementos constructivos que un motor alternativo y además no hay
transformación de movimiento, (alternativo - rotativo), en todo momento
el movimiento es rotativo.
Admisión
0°
Figura 1.9. Motor Wankel.
Compresión
90°
Expansión
180°
Escape
270°
360°
Figura 1.10. Ciclo de trabajo de un motor Wankel.
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Motores térmicos
3. Componentes de un motor de 4 tiempos
En este apartado se recordará brevemente cuál es la estructura básica de
un motor de 4 tiempos, así como sus elementos constitutivos principales
(figura 1.12), tren alternativo (figura 1.11) y sistema de distribución (figura 1.13):
1
2
3
1
1. Cigüeñal
2
2. Pistón
3. Biela
Figura 1.11. Tren alternativo de un motor.
1. Tapa de la culata
2. Culata
3. Bloque motor
3
4. Placa de la bancada (Semicárter)
5. Cárter de aceite
4
5
Figura 1.12. Elementos constitutivos del motor. (Cortesía de BMW).
1
2
3
1. Árbol de levas de admisión
2. Balancín flotante de rodillo
4
5
9
4. Elemento de compensación hidráulico
de juego de válvulas
5. Muelle de válvula
6. Válvula de escape
8
7
3. Árbol de levas de escape
6
7. Válvula de admisión
8. Válvula de inyección
9. Guía de válvula
Figura 1.13. Sistema de distribución.
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Unidad 1
4. Tendencias actuales
En la actualidad, los fabricantes de automóviles, concienciados con el medio ambiente y presionados por las normativas medioambientales, fiscales
y económicas, desarrollan motores cada vez más eficientes y más limpios.
Esto conlleva la utilización de materiales más ligeros, la reducción de las
cilindradas, el uso de combustibles alternativos y, además, la combinación
del motor de combustión con el motor eléctrico. No obstante, el futuro del
motor de combustión como propulsor en el automóvil es poco predecible.
La búsqueda de las emisiones cero y la no dependencia del petróleo hacen
que otro tipo de propulsores se vayan introduciendo tímidamente en la
industria automovilística.
Además de la naturaleza del motor, otros factores van cambiando según
distintas tendencias o modas. La ubicación del motor es uno de ellos, ya
que la posición del mismo influye notablemente en el reparto de pesos del
vehículo, cuestión básica que atañe a su estabilidad.
Algunas variaciones, en función de la posición del motor y de la naturaleza
de la tracción son las siguientes:
Motor delantero
Tracción trasera
Motor delantero transversal
Tracción delantera
Figura 1.14. Motor delantero y tracción trasera (izquierda). Motor delantero y tracción delantera
(derecha).
Motor trasero central
Motor delantero
Caja reductora
Aumento de la altura
Tracción trasera
Tracción en las cuatro ruedas
Figura 1.15. Motor trasero y tracción trasera (izquierda). Motor delantero y tracción a las cuatro
ruedas (derecha).
Motor delantero transversal
Tracción total o integral
Figura 1.16. Motor delantero transversal y tracción total o integral.
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Unidad 1
EN RESUMEN
MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
OTTO (M.E.P.)
2 TIEMPOS
DIÉSEL (M.E.C.)
4 TIEMPOS
2 TIEMPOS
4 TIEMPOS
■
Ciclomotores
■
Automóvil
■
Automóvil
■
■
Motosierras
■
Motocicletas
■
Motores
marinos
■
Cortacéspedes
■
Generadores
Vehículos
industriales
■
■
Modelismo
Locomotoras
diésel
■
Generadores
CICLO DE TRABAJO
720 º
CICLO DE TRABAJO
360º
Entra en internet
1. Visitar la web de Mercedes-Benz. En ella aparece información interesante sobre la historia del automóvil.
• <http://www.mercedes-benz.es/content/spain/mpc/mpc_spain_website/es/home_mpc/passengercars/home/world/
mythos/classic.html>
2. Visitar la web de la Universidad de Castilla-La Mancha, en ella pueden encontrarse animaciones que representan el funcionamiento de distintos motores térmicos.
• <http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/animaciones.htm>
3. Visionar en internet el siguiente enlace correspondiente al funcionamiento de un motor Otto de 4 tiempos.
• <http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=v_32HS209SM>
4. Buscar información y suministrar una breve definición de los siguientes conceptos: motor Ecoboost, técnica Hybrid-Air y Tata
Air pot.
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Unidad 1
PRÁCTICA PROFESIONAL 1
Herramientas
■
Juego de herramientas
general del alumno
■
Linterna
Material
■
Vehículos con diferentes
tipos de motor
Identificar si un motor es Otto o diésel
OBJETIVO
Saber identificar si el motor de un vehículo es de gasolina (Otto) o, por el
contrario, si es diésel.
PRECAUCIONES
■
Llevar ropa de trabajo y calzado de seguridad para acceder al taller.
■
Asegurar la sujeción del capó en la visualización del motor.
DESARROLLO
1. Buscar el dispositivo de apertura del capó, levantar capó y asegurar la
posición.
2. Observar el motor del vehículo prestando atención a aquellos elementos
característicos de los motores Otto y diésel.
3. Se reconocerá un motor Otto por varias razones:
• Llevasistemadeencendido.
• Llevabujíasdeencendido.
• Elcabledelaceleradoraccionaunamariposaenelcolectordeadmisión.
4 Se reconocerá un motor diésel por varias razones:
• Notienesistemadeencendido.
• Llevabujíasdeincandescencia(calentadores).
• Elcabledeaceleradoractúasobreunabombainyectora.
Figura 1.17. Motor Otto (izquierda) y motor diésel (derecha).
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Unidad 1
PRÁCTICA PROFESIONAL 2
Localizar la ubicación del motor de
un vehículo e identificar el tipo
de tracción del mismo
Herramientas
■
Juego de herramientas
general del alumno
■
Elevador de 2 o 4 columnas
Material
OBJETIVO
Conocer los diferentes sistemas de ubicación del motor, así como el tipo de
tracción de un vehículo.
■
Vehículos con diferentes
sistemas de tracción y
disposición del motor
PRECAUCIONES
■
Situar correctamente el vehículo en el elevador.
DESARROLLO
1. Colocar un vehículo en el elevador, elevarlo y observar la disposición del
motor y el sistema de tracción.
2. En los dos siguientes casos queda del siguiente modo:
• Vehículoconmotordelanteroenposición
transversal.
• Traccióndelantera.
• Vehículoconmotortraseroenposición
longitudinal.
• Traccióntrasera.
Figura 1.18. Distintas disposiciones del motor y tipos de tracción.
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Unidad 1
ACTIVIDADES FINALES
1. Identificar cada uno de los elementos que aparecen a continuación.
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Unidad 1
EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS
RESUELVE EN TU CUADERNO O BLOC DE NOTAS
1. ¿Qué indica la abreviatura MEP?
6. ¿Qué es un motor de encendido por compresión?
a) Es el sinónimo de motor diésel.
a) Un motor Wankel.
b) Motor Wankel rotativo.
b) Un motor de gasolina.
c) Motor Otto.
c) Un motor de 2 tiempos.
d) Motor eléctrico posterior.
2. Un motor de combustión interna es…
a) una máquina que convierte el trabajo en calor.
d) Un motor diésel.
7. ¿Qué ubicación del motor suele tener un vehículo con
tracción integral?
b) una máquina que transforma energía química en térmica y mecánica.
a) Motor trasero central.
c) una máquina que trasforma la energía mecánica en
térmica.
c) Motor delantero central.
d) Todas las respuestas son correctas.
3. Según el movimiento del pistón, se puede clasificar el
motor de combustión interna en…
b) Motor delantero exclusivamente.
d) Generalmente motor delantero, aunque puede llevar
motor trasero central.
8. ¿Por qué los fabricantes de motores están reduciendo
el número de cilindros de los motores?
a) alternativo y giratorio.
a) Para disminuir las cilindradas de los motores.
b) circular y radial.
b) Por economizar componentes y reducir costes.
c) pendular y alternativo.
c) Para que los motores generen menos emisiones.
d) oscilatorio y giratorio.
4. ¿Qué afirmación es correcta?
a) El motor de 2 tiempos Otto suele tener grandes cilindradas.
d) Todas las respuestas son correctas.
9. En un motor Wankel, ¿cómo se denomina al elemento
que sustituye al émbolo o pistón?
a) Rotor.
b) El ciclo de trabajo de un motor de 2 tiempos es reducido.
b) Cilindro.
c) El motor de 2 tiempos realiza su ciclo de trabajo en una
vuelta de cigüeñal.
c) Volante de inercia.
d) El motor diésel de 2 tiempos es generalmente de pequeñas cilindradas.
5. El ciclo de trabajo de un motor diésel de 4 tiempos…
d) Biela.
10. ¿Cuál es el ámbito de utilización de los motores diésel
de 2 tiempos?
a) Vehículos militares.
a) depende del número de cilindros del mismo.
b) Motores de locomotoras y barcos.
b) es el mismo en todos los motores de 4 tiempos.
c) Cortacéspedes y motosierras.
c) se realiza en dos desplazamientos de pistón.
d) Vehículos de obras públicas.
d) es específico de cada motor.
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