El Maquinante: PRL UNIDAD 2: MOTORES TÉRMICOS DE COMBUSTIÓN INTERNA.

sábado, 2 de febrero de 2019

PRL UNIDAD 2: MOTORES TÉRMICOS DE COMBUSTIÓN INTERNA.

Los motores térmicos son dispositivos que transforman calor en trabajo. El calor procede usualmente de una reacción de combustión (aunque también puede ser de origen nuclear, solar, etc.), siendo absorbido por un fluido motor que, al describir un ciclo termodinámico, pone piezas en movimiento realizando un trabajo.

Los motores térmicos pueden ser de combustión externa o de combustión interna.
•Motores de combustión externa: el calor generado por la combustión se ejecuta fuera del motor y es transmitido a través de uno o varios fluidos intermedios (agua, aceites, etc) y se transforma en energía mecánica a través de una máquina de movimiento alternativo o rotativo •
•Motores de combustión interna: en éstos, la combustión se realiza en el interior del motor , en una cámara interna, y son los propios gases de la combustión los que, al expandirse, producen los movimientos de las piezas del motor .
PARTES DE UN MOTOR

Dicho en otras palabras, un motor térmico es un conjunto de piezas fijas y móviles que transforman la energía química de un combustible (convertida en calor mediante su combustión), en trabajo mecánico.

Piezas fijas:

Block
Cilindros
Tapa de cilindros
Carter

Piezas móviles:

Pistón
Cigüeñal
Árbol de levas
Válvulas de admisión y escape

Hay un gran número de otras partes, sin las cuales el motor no podría funcionar:

Bomba de inyección
Carburador
Inyectores
Bujías
Termostato
Radiador
Etc.

INSTRUMENTOS DE MEDIDAS

METROLOGÍA
Es la ciencia que se ocupa del estudio de las unidades de medida, de la técnica de las mediciones y sus verificaciones

MEDIR
Es comparar un objeto con una unidad previamente establecida

UNIDAD DE MEDIDA
Son magnitudes fijas necesarias para comparar los resultados de las mediciones, la magnitud que se toma como referencia debe ser la misma y de valor constante.

PATRÓN DE MEDIDA
Es la representación física o materialización de la unidad de medida, debe ser lo menos variable posible.
Permiten controlar su trabajo en cuanto a dimensión, temperatura, volumen, precisión, peso, tiempo entre otras.
UNIDADES FUNDAMENTALES S.I
LONGITUD
La unidad de longitud es el metro, en 1795 se definió como la cuarenta millonésima parte de la circunferencia de la tierra, en la actualidad está definido de manera más precisa en función de la longitud de onda producida por la radiación del átomo de Kriptón 86, en condiciones especiales.

MASA
La unidad de masa es el kilogramo, se debe tener en cuenta que el kilogramo es una unidad de masa y no de peso ni de fuerza. La unidad de masa original se llamaba el grave, definido como la masa de un litro de agua a la temperatura de congelación, casi igual a nuestro moderno kilogramo.
En 1875 la unidad de masa del sistema métrico se redefinió como el kilogramo y se fabricó un nuevo patrón.

TIEMPO
La unidad de tiempo establecida es el segundo, que corresponde a un numero determinado de periodos producto de la radiación del átomo de Cesio.

Esta definición fue adoptada en 1967 por la conferencia general de pesos y medidas reemplazando el concepto de fracción de día solar que correspondía mas a un concepto astronómico

Para estudiar con un poco mas de detalle este tema en particular

CICLO OPERATIVO.

Los motores térmicos alternativos pueden ser de dos tiempos o de cuatro tiempos.
Por ciclo operativo entendemos a la sucesión de operaciones que un fluido ejecuta en el cilindro y lo repite con ley periódica. La duración del ciclo es medida por el número de carreras efectuadas por el pistón para realizarlo.

Se llama carrera de un pistón, a la distancia que recorre desde el PMS hasta el PMI o viceversa.

Se dice que los motores alternativos son de 4 tiempos cuando el ciclo se realiza en cuatro carreras del pistón y de 2 tiempos cuando el ciclo se realiza solamente en dos carreras del pistón. Esto quiere decir que los motores de 4 tiempos realizan un ciclo cada 2 revoluciones del eje cigüeñal y los de 2 tiempos, cada revolución.
👉CICLO DE CUATRO TIEMPOS:

La secuencia cíclica de las transformaciones en el motor diesel de cuatro tiempos es:

1º Carrera ------ Llenado del cilindro con aire atmosférico (aspiración)
2º Carrera ----- Compresión de la carga de aire para elevar su presión y temperatura a la necesaria para inflamar y quemar el combustible. (compresión)
3º Carrera ---- Combustión del combustible y expansión de los gases quemados. (combustión)
4º Carrera ---- Vaciado del cilindro de los gases quemados descargándolos. (escape)

Cuando esta secuencia de transformaciones se completan, el ciclo se repite.

Para que esta secuencia sea posible intervienen unos accesorios que se llaman válvulas de aspiración o admisión, y válvulas de descarga o escape.

En el caso de las válvulas de admisión, es necesario que estén abiertas en la primer carrera del ciclo para permitir el paso del aire fresco dentro del cilindro.

En el caso de las válvulas de escape , es necesario que estén abiertas en la cuarta carrera del ciclo para desalojar los gases quemados que ya realizaron su trabajo.

Ambas válvulas permanecerá cerradas en la segunda y tercera carrera del ciclo, para permitir la compresión del aire aspirado y la correcta expansión de los gases calientes después de la combustión.

También interviene un carburador y bujías, en el caso del motor del ciclo Otto o motor de explosión, o una bomba inyectora y un inyector en el caso de los motores del ciclo Diésel. Estos componentes son los encargados de introducir el combustible que se va a quemar en la cámara de combustión.

Todo esto se hace en forma perfectamente sincronizada con la ayuda del sistema de distribución que estudiaremos mas adelante.

DIAGRAMAS DE PRESIÓN VOLUMEN:
💡Primero, algunos conceptos generales para comprender mejor los diagramas:

Punto Muerto Superior PMS: Posición más alta del pistón más alejada del cigüeñal próxima a la culata.
Punto Muerto Inferior PMI: Posición mas baja del pistón próxima al cigüeñal.
Carrera: Es la distancia que recorre el pistón desde un punto muerto al otro, se expresa generalmente en mm.
Cilindrada unitaria: Es el volumen del cilindro con el pistón en punto muerto inferior. También se puede definir como el volumen total del cilindro.
Volumen de la cámara de combustión: mínimo volumen del cilindro cuando el pistón se encuentra en PMS.
Relación de compresión: Es la cantidad de veces que esta comprendido el volumen de la cámara de combustión, en el volumen total del cilindro. Rendimiento mecánico: Es la relación que existe entre el trabajo obtenido y el trabajo perdido como consecuencia de las resistencias internas propias del motor.
Presión media indicada: Es la presión promedio que actúa sobre la cabeza del pistón durante la carrera de trabajo, (promedio entre la presión máxima y la presión mínima).
Espacio nocivo: distancia mínima entre pistón y culata cuando el pistón se encuentra en PMS.

Haremos la representación del diagrama P. V. teórico de un motor diesel de 4 tiempos, para lo cual suponemos que cumple las condiciones siguientes:
Las aspiraciones del aire atmosférico y la descarga de los gases quemados será a presión atmosférica.
La compresión del aire y la combustión – expansión de los gases se harán sin recibir ni tomar calor, es decir, será un proceso adiabático.
Las válvulas se abrirán y cerraran completamente en los puntos muertos.
La inyección comenzara en el PMS y la combustión será a presión constante.

Corrección del ciclo de 4 tiempos
Los inconvenientes que presenta el desarrollo del ciclo teórico de los motores reales, dieron lugar a introducir correcciones en el ciclo, es decir, que, las aperturas y cierres de las válvulas, no se realizan al comienzo y final de las carreras correspondientes. Los inconvenientes que presenta el ciclo teórico son pequeños en los motores de baja velocidad, pero aumentan con el aumento de la velocidad del motor.
Para corregir estas deficiencias se procedió a variar las aperturas de la válvula de admisión, se abre antes. del PMS y se cierra después del PMI con un retardo obteniéndose un me,jor llenad'o del cilindro con aire atmosférico.
La inyección del combustible comienza antes del PMS , para dar tiempo al combustible a comenzar la ignición, y este anticippoo se incrementa cuando se incrementa la velocidad del motor.
Para obtener el total desalojo de los gases de la combustión, en el tiempo de escape, la válvula se abre antes del PMI y se cierra después del PMS con un retardo . Este retardo coincide con el anticipo de apertura de válvula de admission, llamándose a este momento como “cruce de válvulas”.

Diagramas corregidos del ciclo de 4 tiempos.

👉CICLO DE DOS TIEMPOS:

SECUENCIA CÍCLICA DEL MOTOR DE 2 TIEMPOS
Para la realización de este ciclo se requieren dos carreras del pistón o sea una vuelta del cigüeñal. Los tiempos son:
1º Tiempo ---- Aspiración de la carga de aire atmosférico y compresión del mismo.
2º Tiempo ---- Combustión, expansión de los gases producidos y descarga de dichos gases. Este es el tiempo de trabajo.

CORRECCION EN EL CICLO DE DOS TIEMPOS.
Estas correcciones se realizan en el ciclo para mejorar el funcionamiento del motor real.

-1er tiempo - El pistón está en el PMI, el cilindro recibe el aire de barrido por las lumbreras de admisión, las válvulas de escape, mecánicamente operadas, están abiertas pero se cierran un momento antes que las lumbreras de admisión, dando lugar a una carga de aíre atmosférico a una presión ligeramente superior a la atmosférica, presión que depende de la bomba de barrido. Cuando la carga. del aire en el cilindro tiene mayor presión que la atmosférica se dice que el motor es sobrealimentado.

-2do. tiempo el piston se encuentra antes del PMS, y en ese instante comienza la inyección del combustible líquido finamente pulverizado con el mismo criterio que en el ciclo de 4 tiempos, comenzando así la combustión y la expansión de los gases de la misma; es decir,el trabajo del motor.

Diagrama corregido del ciclo de 2 tiempos.