MTD UNIDAD 1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS Parte 1

UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN, ANTECEDENTES HISTÓRICOS Y APLICACIONES DEL MOTOR DIESEL EN LA ARMADA ARGENTINA

MOTOR TÉRMICO

Un motor térmico es una máquina que transforma la energía térmica de un fluido, adquirida a través de un proceso de combustión o nuclear, en energía mecánica.

Para clasificar los motores térmicos, se consideran dos aspectos adicionales a los criterios ya mencionados para las máquinas de fluido:

• Si el fluido es condensable (como el agua) o no (como el aire).
• Si el proceso es de combustión externa o interna.

En las máquinas de combustión interna, los gases resultantes de la combustión circulan por la máquina misma. En tal caso, la máquina opera necesariamente en un ciclo abierto, y el fluido motor es el aire (no condensable) utilizado como agente oxidante en la combustión. Si la combustión es externa, el calor generado se transmite al fluido a través de una superficie, como en el tubo de una caldera o un intercambiador de calor. Claramente, en este último caso, estas máquinas no requieren un proceso de combustión, como ocurre, por ejemplo, en las plantas nucleares.

DEFINICIONES

Punto Muerto Superior (PMS): Es la posición más alta del pistón, la más alejada del cigüeñal y cercana a la culata.

Punto Muerto Inferior (PMI): Es la posición más baja del pistón, cercana al cigüeñal.

Carrera: Distancia que recorre el pistón desde un punto muerto al otro, generalmente expresada en mm.

Cilindrada Unitaria: Volumen de un cilindro cuando el pistón está en PMI. También se define como el volumen total del cilindro.

Espacio Nocivo: Distancia mínima entre la cabeza del pistón y la culata del cilindro cuando el pistón está en PMS.

Volumen de la Cámara de Combustión: Volumen mínimo de un cilindro cuando el pistón está en PMS.

Relación de Compresión: Número de veces que el volumen de la cámara de combustión está comprendido en el volumen total del cilindro.

Rendimiento Mecánico: Relación entre el trabajo útil obtenido y el trabajo perdido debido a las resistencias internas del motor.

Presión Media Indicada: Presión promedio que actúa sobre la cabeza del pistón durante la carrera de trabajo, obtenida mediante pímetros o diagramas (promedio entre la presión máxima y mínima).

Rendimiento Volumétrico: Relación entre la masa de aire que realmente entra en el cilindro y la que podría entrar teóricamente, indicando la eficiencia del sistema de alimentación. Varía con el régimen de giro, ya que la resistencia que encuentra el aire para entrar en los cilindros depende de la forma de los conductos y de la velocidad del fluido.

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NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

MEDICION DE LA CAMARA DE COMPRESION

La cámara de compresión tiene un volumen geométrico cuya forma es muy variada tanto más, cuanto más complicado el sistema de combustión. De ello se deduce que una medición por cálculo geométrico de la misma es siempre complicado y solo aproximado. Hasta aquí hemos visto la manera de medir la distancia del embolo a la culata, ello es una medida puramente mecánica. Lo más importante es poder medir exactamente el volumen total de la cámara de compresión y con ello saber exactamente cual es la relación de compresión. Este proceso se puede hacer con una probeta graduada que llenaremos con líquido y colocaremos dentro de la cámara para hallar el volumen total de la misma. Para ello con el inyector afuera, colocaremos el embolo en el PMS teniendo las válvulas cerradas, con la probeta por el orificio del inyector llenaremos toda la cámara de liquido hasta la zona donde llega el inyector, y procurando que no se llene de burbujas de aire. El líquido vaciado de la probeta nos indicara el volumen exacto de la cámara de compresión.-
Para efectuar esta medición puede emplearse simplemente agua, que luego de efectuar la operación saldrá perfectamente con un chorro de aire. No es conveniente usar aceite que luego saldría con dificultad, ni tampoco gasoil que diluiría el aceite.
Para el caso de los motores en V se suele utilizar para la medición una sustancia gelatinosa en lugar de agua que no ocuparía todo el volumen. _____________________________________________________________________________________


CICLO OPERATIVO.
Por ciclo operativo entendemos la sucesión de operaciones que un fluido ejecuta en el cilindro y lo La operación de los motores alternativos sigue una ley periódica. La duración de su ciclo se mide por la cantidad de movimientos completados por el pistón. Los motores son clasificados como de 4 tiempos si el ciclo ocurre en cuatro movimientos del pistón, y de 2 tiempos si se completa en dos. Esto significa que en los motores de 4 tiempos, un ciclo completo se lleva a cabo en dos vueltas del cigüeñal, mientras que en los de 2 tiempos, ocurre en cada vuelta.

HISTORIA DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA

Prototipo de motor presentado por Karl Benz en su solicitud de patente de un automóvil el 29 de junio de 1886.

 

Los orígenes de los motores son bastante antiguos. Considerados como máquinas completas y funcionales, capaces de producir energía mecánica, existen ejemplos de motores previos al siglo XIX. Desde la producción comercial de petróleo a mediados de dicho siglo, las mejoras e innovaciones han sido significativas. Para finales de ese siglo, existía una gran variedad de motores utilizados en diversas aplicaciones. Hoy en día, los motores de combustión interna se fabrican con diseños muy variados y un amplio rango de potencias, desde unos pocos vatios hasta miles de kW.

Precedentes

^{] [2] [3]}

• Prehistoria. El pistón de fuego se usaba en el Sureste de Asia y en las islas del Pacífico para encender el fuego, aprovechando la compresión adiabática del aire en un cilindro de madera y un pistón.^{[4] [] [6]}

• Siglo III: Sistema biela-manivela empleado en el molino de agua romano de una serrería en Hierápolis. Este mecanismo es básico en muchos motores.^{[1] [2] [3]}
• 673: Invención del fuego griego. Implicaba la fabricación, el almacenamiento y la manipulación en combate de un combustible líquido y peligroso. Y el uso de un sistema de aire forzado (por fuelles), y de válvulas de paso.^7]
• 1509: Leonardo da Vinci describe un motor "atmosférico".]
• 1772: Antoine Laurent Lavoisier determina la composición del aire atmosférico, explicando que era una mezcla de oxígeno y de nitrógeno ("azote" en francés que dio "ázoe" en castellano). La mayoría de motores de combustión funcionan con aire atmosférico y, por tanto, conocer su composición es fundamental.

Los primeros ensayos exitosos

Modelo del motor Barsanti-Matteucci (1853) en el Osservatorio Ximeniano en Florencia.

Patente motor Otto-Langen-1863.

• 1807: Nicéphore Niépce instala un motor Pyréolophore en una barca y navega por el río Saona. El motor funcionaba con una mezcla de musgo, carbón en polvo y resina. Nicéphore obtiene la patente el 28 de julio de 1807 por parte del emperador Napoleon Bonaparte.^{[11] [12] [13] [14] [14]}
• 1807: El ingeniero suizo François Isaac de Rivaz construye un motor de combustión interna propulsado por una mezcla de oxígeno e hidrógeno, con ignición por chispa eléctrica.^{[15] [16]}
• 1823: Samuel Brown patenta el primer motor de combustión interna aplicado en la industria. Era "atmosférico" (sin compresión) y se basaba en el "ciclo de Leonardo" —según Hardenberg—, con una tecnología ya anticuada en aquella época.^{[17] [18] [19]}
• 1824: El físico francés Sadi Carnot publicó la teoría termodinámica de los motores térmicos. Con la justificación teórica de la necesidad de una compresión de los gases para aumentar la diferencia entre las temperaturas de trabajo superior e inferior, y el incremento del rendimiento asociado.^[20]
• 1838: El inglés William Barnet obtiene una patente para un motor con compresión. Primera referencia documentada de una compresión en el interior del cilindro de un motor.^{[21] [22]}
• 1839: Isaac Babbitt inventó la aleación llamada metal Babbitt con propiedades antigripaje y usado en cojinetes. Los cojinetes de los motores de combustión modernos son una versión modificada de aquellos.^[23]
• 1854-1857: Los italianos Eugenio Barsanti y Felipe Matteucci inventan un motor de 4 cilindros en línea. La patente parece perdida.
• 1856: El italiano Pietro Benini construye un prototipo de motor con una potencia de 5 CV. En los años siguientes fabrica motores de uno o dos cilindros más potentes usados en aplicaciones estáticas en sustitución de máquinas de vapor.

Innovaciones a partir de 1860

Un motor diesel construido por MAN (1906).

Motor de 4 cilindros y 2896 cc, de un Ford T. Con válvulas laterales y 20 CV/15kW (fabricado desde 1908 ).

Motor Hispano Suiza 8A.

• 1860: El belga Jean Joseph Etienne Lenoir fabrica un motor de combustión interna similar a un motor de vapor de doble efecto con cilindro horizontal. Con cilindros, pistones, bielas y volante. Fue el primer motor que fue construido en cantidades importantes.
• 1860: Philander y Francis Roots patentan un compresor volumétrico, que pronto fue aplicado a la sobrealimentación de motores.^[24]
• 1861: Primera patente confirmada de un motor de 4 tiempos, a cargo de Alphonse Beau de Rochas. Un año antes parece que Christian Reithmann había hecho un motor similar pero no se puede confirmar a falta de una patente concreta.
• 1862: El alemán Nikolaus Otto empieza a fabricar un motor de gas. Se trataba de una modificación del motor sin compresión de Lenoir con un pistón libre.^[25]
• 1863: Nikolaus Otto, patenta en Inglaterra y otros países su primer motor de gas (atmosférico sin compresión) diseñado en colaboración con Eugene Langen y lo empieza a fabricar en 1864.^[26]
• 1864: Nikolaus Otto fue el primero en fabricar y vender un motor de gas. Se trataba de un motor sin compresión con pistón libre, con un buen rendimiento para su época. Funcionaba con un mecanismo de piñón y cremallera. Tuvo un gran éxito en el mercado de pequeños motores estacionarios.^[27]
• 1867: Otto y Langen exhiben su motor de pistón libre en la Exposición Universal de París de 1867, el jurado les da el primer premio, dado que tenía unas prestaciones mucho más altas comparándolo con el de Lenoir, de hecho consumía menos de la mitad de gas que los motores de Lenoir o de Hugon.
• 1870: Siegfried Marcus fue el primero en instalar un motor de gasolina en una carretilla manual.^[28]
• 1876: Nikolaus Otto, en colaboración con Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach, perfeccionó el motor con ciclo de 4 tiempos. Los tribunales alemanes no le concedieron la exclusiva de motores con compresión ni del ciclo de 4 tiempos. A partir de esta decisión la compresión en los motores se generalizó.
• 1879: Nicolaus August Otto diseña un motor con doble expansión, para aprovechar la energía que se perdería en los gases de escape.
• 1879: Karl Benz patentó un motor de 2 tiempos basado en la tecnología del motor de 4 tiempos de Beau de Rochas. Posteriormente diseñó y construyó un motor de 4 tiempos según ideas propias. Motor que montó en sus automóviles. Desarrollado en el 1885 fue patentado en 1886. Fueron los primeros automóviles fabricados.
• 1885: Gottlieb Daimler patentó un compresor volumétrico.^9]
• 1891: Herbert Akroyd Stuart, inventor y fabricante de motores semi-diesel (motores de bulbo caliente, con ignición por compresión) que empleaban un sistema de inyección de combustible a presión.^[32]
• 1896: Gustav Mees. Primera patente de válvulas desmodrómicas.
• 1900: Rudolf Diesel expuso en funcionamiento su motor en la Exposición Universal de París. El combustible era aceite de cacahuete.
• 1900: Wilhelm Maybach diseñó un motor según especificaciones de Emil Jellinek, para ser fabricado en la fábrica de Daimler Motoren Gessellschaft. El motor se llamó Daimler-Mercedes por el nombre de la hija del señor Jellinek. Automóviles con este motor fueron construidos desde 1902.^{[33] [34]}
• 1901: George Herbert Skinner. Carburador SU.
• 1903: Charles Knight construye un motor sin válvulas con distribución por doble camisa corredera, sistema que lleva su nombre.
• 1905: Alfred Buchi patentó el turbo-compresor y fabricó algunos.
• 1905: Cameron Waterman patenta un motor fuera de borda de 4 tiempos. En 1907 fabricó unos 24. Los cinco años siguientes vendió miles de unidades.
• 1905: Baterías eléctricas: uso en automóviles. Sólo para el sistema de alumbrado.
• Ernest Godward, neozelandés inventó un "economizador" de combustible.
• 1908: Comienza la fabricación del automóvil Ford T, con un motor de 4 cilindros.^[36]
• 1912: Peugeot ganó las 500 millas de Indianápolis con un motor de 4 cilindros en línea y 2 árboles de levas en culata, de 4600 cc de cilindrada.^[37]

Innovaciones desde la Primera Guerra Mundial hasta el final de la Segunda

Avión de combate Spad XIII con motor Hispano Suiza 8B (1916).

Motor de pistones libres Pescara funcionando como generador de gases calientes para accionar una turbina.

Messerschmitt Me 262A en el National Museum of the United States Air Force, con dos motores de reacción.

• 1914: Automóviles con motores de arranque eléctricos, operados por batería.
• 1923: Tatra presenta un motor de 2 cilindros refrigerado por aire.
• 1925: Jonas Hesselman de Suecia introduce un motor de gasolina con inyección directa de combustible.
• 1925: Clessie L. Cummins obtiene la patente de un inyector de combustible.
• 1925: Wilhelm Pape patenta un motor de volumen constante.
• 1927: Bosch desarrolla una bomba de inyección mecánica para gasóleo, aplicable a motores diésel.
• 1928: Raúl Pateras Pescara, marqués de Pescara y residente en Barcelona, patenta un motor de pistones libres. En Chicago, se exhibe un submarino alemán de la Segunda Guerra Mundial, hallado por pescadores, que utiliza un motor de pistones libres para generar electricidad.
• 1929: Wright R-975, un motor de 9 cilindros radiales, refrigerado por aire.
• 1929: Lycoming R-680, similar al Wright R-975, también es un motor de 9 cilindros radiales refrigerado por aire.
• 1929: Se patenta una válvula con sodio en su interior, un avance significativo en el enfriamiento de válvulas que ha perdurado hasta hoy.
• 1934: Los acorazados Deutschland, Admiral Graf Spee y Admiral Scheer, cada uno equipado con 8 motores diésel de dos tiempos y doble efecto, con una potencia total de 52,050 CV.
• 1937: Se patenta un sistema de compresor con enfriamiento de aire comprimido (intercooler).
• 1938: Volkswagen introduce un motor bóxer de 4 cilindros refrigerado por aire.
• 1940: Alfa Romeo 6C2500 implementa un sistema eléctrico de inyección de gasolina Caproni-Fuscaldo.
• 1942: El motor Rolls-Royce Merlin 61 se convierte en el primer motor de aviación con un compresor centrífugo de dos etapas y sistemas intercooler y aftercooler.
• 1945: Stuart Hillborn desarrolla un sistema de inyección para automóviles hot rod.

Período 1945-2000

Motor de aviación Continental O-520. De 6 cilindros opuestos en plano (bóxer) y enfriados por aire

Motor Ferrari 125 "Testa Rossa" de 1961, con seis carburadores Weber de doble cuerpo. Ver las trompetas de admisión justo encima

Automóvil de competición STP Oil con motor de turbina de gas. 500 Millas de Indianápolis, 1967. Véase la turbina dispuesta longitudinalmente a la izquierda del piloto

El buque portacontenedores Emma Mærsk , con un motor principal Wärtsilä, diesel de 14 cilindros y 109.000 CV

• 1947: Primer motor Ferrari V12, diseñado por Gioacchino Colombo . Dos válvulas por cilindro, un árbol de levas en cada culata y una cilindrada total de 1.496,77 cc. Con una relación de compresión de 7,5:1 daba una potencia de 118 CV (88kW) a 6.800 rpm.
• 1947: Dykes.Patent para un anillo de pistón en forma de L. Paul de Kantzow Dykes (UK).^[52]
• 1948: Citroën 2 CV . Motor de 2 cilindros boxer enfriado por aire.
• 1950: Motor Napier Deltic .
• 1951: Tony Vanderwell. Primeros éxitos de los cojinetes lisos de pared delgada ( Thin-Wall bushings o Thin wall Bearings en inglés) en motores de competición.^[53]
• 1952: Bosch. Sistema de inyección de gasolina en automóviles de turismo (Goliath GP700, Gutbrod Superior 600).
• 1954: Primer prototipo funcional del motor rotativo de Felix Wankel .^[54]
• 1956: Inyección de combustible Lucas , por sistema mecánico. Usada por primera vez en los automóviles Jaguar tipo D.^[55]
• 1957: Motor Napier Deltic Turbocompound.
• 1960: José Ignacio Martín-Artajo,SI, patenta un motor rotativo.
• 1963: Motor Porsche 6 cilindros opuestos en plano (bóxer), enfriado por aire forzado. Originalmente tenía una cilindrada de 2000 cc y equipaba el modelo 911.
• 1966: Motor BRM H16 (Referencia BRM P75). Este motor de competición, diseñado por Tony Rudd y Geoff Johnson, estaba formado por dos motores de 8 cilindros bóxer superpuestos con dos cigüeñales conectados entre sí. Tuvo muchos problemas por falta de fiabilidad.
• 1967: Motor Ford Cosworth para Fórmula 1, 3000 cc, V8.
• 1973: Camión dumper prototipo Terex 33-19 "Titan". Con un motor de 16 cilindros en V de 169,49 litros y una potencia de 3300 CV (2500 kW).
• 1980: Renault Fórmula 1. Válvulas con muelle neumática .
• 1991: Victoria de un Mazda 787 B a las 24 Horas de Le Mans. Con un motor Wankel de 4 rotores.

Innovaciones en el siglo XXI

• 2004: Camión dumper Liebherr T 282B. Carga útil de 347 Tm. Con un motor de 20 cilindros en V de 90.000 cc (90 litros).
• 2006: Motor Wärtsilä - Sulzer 14RTFLEX96 - C diesel de 2 tiempos, 14 cilindros y 80 MW (109.000 hp) de potencia.^[59]
• 2009: ILMOR presenta un prototipo de motor de 3 cilindros, doble expansión y cinco tiempos.
• 2010: Una de las patentes sobre el sistema Gerotor. Se trata de una especie de turbina que dispone de compresor y expansionador de gases a base de engranajes "sin rozamiento", evitando las pérdidas aerodinámicas del álabes de las turbinas convencionales.^[60]

COMPARACIÓN CON EL MOTOR A EXPLOSIÓN

APLICACIONES DEL MOTOR TÉRMICO EN NUESTRA ARMADA
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NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

APLICACIONES EN LA ARMADA

1. Motores Marinos: destinados a la propulsión de buques o embarcaciones menores. Estos se clasifican según la forma de transmisión de su potencia a la hélice en:

(a) Directos.
(b) Con reductor.
(c) Con reductor - inversor de marcha.
(d) Directos (transmisión eléctrica, hidráulica o de otro tipo).

2. Motores marinos auxiliares: destinados al accionamiento de generadores de corriente eléctrica, bombas, compresores, etc.

3. Motores estacionarios: destinados al accionamiento de generadores de corriente eléctrica, bombas, compresores, etc., en tierra, con variación de velocidad prácticamente nula.

4. Motores de emergencia: destinados a reemplazar temporariamente otra fuente de energía, accidentalmente fuera de servicio.

5. "Tracción Terrestre" .______________________________________________________________________________________

CLASIFICACIÓN
Como ya lo mencionamos el motor es una maquina que transforma la energía liberada por la combustión de un combustible en el interior de un cilindro y la transforma en trabajo mecánico.

A los motores diésel se los puede clasificar según su régimen, en:
•Motores rápidos.
•Motores medios
•Motores lentos.

Se los llama rápidos a los motores que tiene una relación peso potencia relativamente baja, comúnmente su régimen máximo es superior a 1200 r.p.m., funcionan siempre con inyección mecánica (sólida). El arranque se hace generalmente mediante motores auxiliares. Los motores medios son aquellos que funcionan a un régimen de entre 600 y 1000 rpm. Se aplican en maquinas ferroviarias o embarcaciones veloces. Su sistema de arranque puede ser por pequeños motores auxiliares o sistema neumático de arranque. Los motores lentos se aplican en instalaciones en donde no importa la relación peso potencia pueden funcionar en forma ininterrumpida por largos periodos son muy seguros y durables. Su régimen oscila entre los 400 y 500 rpm. Están adaptados para quemar combustibles líquidos pesados y de diversas características.
También se los puede clasificar por:

• Ciclo teórico: Por el ciclo que tiende a realizar “Diesel u Otto”
• Ciclo operativo: Por la duración del ciclo “2 y 4 tiempos”
• Condiciones de aspiración: pueden ser “aspiración natural o sobrealimentado”

Clasificación por la disposición de los cilindros.
Diseño general: pude ser clasificado como “de simple o doble efecto”, por la disposición de los cilindros “en línea, en V, en W ó en figuras poligonales
Esto sirve para identificar adecuadamente a un motor, ya que de esto depende todo lo demás: llámese diseño de componentes, formas de trabajo, potencias, nº de cilindros etc.
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PARA VER MAS ACERCA DE LA CLASIFICACIÓN POR DISPOSICIÓN DE LOS CILINDROS

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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL MOTOR DIESEL

VENTAJAS: Menor costo de combustible.- Menor mantenimiento.- Mayor robustez.- Mayor durabilidad.- Mayor Par Motor (Torque) a menos RPM.- Menos reemplazos de piezas.

DESVENTAJAS: Mayor costo inicial.- Mayor costo de reparación integral del motor. - Menor reacción en la aceleración.

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ENTRADAS RELACIONADAS

• MTD UNIDAD 1: ANTECEDENTES HISTÓRICOS Parte 2
• MOTORES TÉRMICOS
• CLASIFICACION DE LOS MOTORES POR SU DISEÑO
• MTD DIFERENCIAS ENTRE LOS MOTORES A EXPLOSIÓN Y DIESEL
• MTD ALGUNAS DEFINICIONES
• Motor de Explosión de Cuatro Tiempos y de Dos Tiempos

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FUENTES:
M.J.D.

MAQ 305 MOTORES DIESEL CAPITULO 1 Introducción - Propósitos.

https://wiki2.org/es/Historia_del_motor_de_combusti%C3%B3n_interna

NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

http://elmaquinante.blogspot.com.ar/2016/04/algunas-definiciones.html

http://elmaquinante.blogspot.com.ar/2016/04/diferencias-entre-los-motores-explosion.html

http://elmaquinante.blogspot.com.ar/2016/04/clasificacion-de-los-motores-por-su.html