NOCIONES ELEMENTALES
CICLO
Se denomina ciclo a una secuencia de transformaciones que llevan un cuerpo de un estado inicial a un estado final.
Si el estado inicial y final del cuerpo son iguales, se le llama ciclo cerrado.
Si el estado inicial y final del cuerpo son diferentes, se le llama ciclo abierto.
Un ciclo puede representarse gráficamente en un diagrama de ejes ortogonales de presión y volumen, donde se muestran las transformaciones sucesivas que experimenta para cambiar de un estado a otro. Si todas las transformaciones del ciclo son reversibles, se considera un ciclo reversible o perfecto. Si alguna de las transformaciones es irreversible, entonces el ciclo es irreversible o imperfecto.
Por lo tanto, en relación con el motor de combustión interna, podemos decir: El ciclo de funcionamiento de un motor de combustión interna es el conjunto de procesos que debe experimentar la mezcla de combustible para convertir la energía térmica del combustible en energía mecánica, la cual se obtiene en el eje del cigüeñal.
FUERZA
La experiencia cotidiana muestra que, mediante ciertos esfuerzos musculares, el ser humano se desplaza o también desplaza los objetos a su alrededor; de esta manera, puede levantar un libro, lanzar una pelota, desplazar una silla, entre otros.
Cuando se observa el movimiento de un objeto inanimado, se infiere sin duda la presencia de una causa externa que provoca dicho movimiento. A esta causa externa se le llama fuerza.
A partir de lo mencionado, definimos que la fuerza es todo aquello que puede generar movimiento en los cuerpos.
Por ejemplo, la presión de la mezcla quemada contra la cabeza del pistón es una fuerza.
La fuerza se mide habitualmente en kilogramos.
Cuando ocurre la explosión de la mezcla dentro del cilindro de un motor, se genera una presión que, en el sistema métrico acordado para nuestro país, se mide en kilogramos por centímetro cuadrado (kg/cm²).
Sabiendo la presión por cm², se puede calcular fácilmente la fuerza total sobre el pistón; solo es necesario conocer la superficie útil del pistón.
Ejemplo: Presión interna: 5 kg/cm².
Superficie del pistón: 100 cm².
La fuerza total de empuje será: F = 5 x 100 = 500 kilogramos.
TRABAJO
Cuando una fuerza desplaza un cuerpo, se produce trabajo.
Por lo tanto, el trabajo es el producto de la fuerza por la distancia recorrida; se mide en kilográmetros y se expresa como: T = F x e.
Un kilográmetro es el trabajo necesario para elevar un peso de un kilogramo a un metro de altura, y se abrevia como Kgm.
Ejemplo: Para elevar a un hombre de 75 kilogramos a 2 metros de altura, se debe realizar un trabajo de: T = F x e = 75 x 2 = 150 Kilográmetros.
La potencia es la cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo. Al examinar la definición de potencia, observamos que es una medida de qué tan rápido se realiza el trabajo.
Mientras que el trabajo es el producto de la fuerza por la distancia (T = F x d), la potencia es el producto de la fuerza por la distancia recorrida en un segundo; y como la distancia recorrida en un segundo es la velocidad, entonces la potencia es la fuerza multiplicada por la velocidad.
La unidad de trabajo es el kilogramo-metro, por lo tanto, la unidad de potencia sería kilogramo-metro por segundo; sin embargo, en la práctica se utiliza el caballo de fuerza (HP) como unidad de potencia.
A través de experimentos prácticos, se determinó que un caballo con fuerza excepcional puede levantar una masa de 75 kilogramos a una velocidad de un metro por segundo.
Por lo tanto, cualquier motor que pueda realizar un trabajo de 75 kilogramo-metros por segundo tiene una potencia de un caballo de fuerza (1 HP).
De esto se deduce que si conocemos el trabajo que realiza un motor en un segundo, es fácil calcular la potencia desarrollada, ya que solo es necesario dividir por 75.
En la clasificación de potencia, distinguimos tres categorías: Potencia teórica, Potencia indicada y Potencia efectiva.
La Potencia teórica de un motor es la que se obtendría si toda la energía térmica del combustible se convirtiera en energía mecánica sin ninguna pérdida.
La Potencia indicada se determina a través del diagrama que se obtiene con el uso de un indicador.
Las fórmulas aplicables son las siguientes:
D _ Diámetro del cilindro, en centímetros.
C - Carrera del pistón, en centímetros.
n Vueltas por minuto del motor, en el momento de obtener el diagrama.
Para motores de doble efecto, n debe reemplazarse en las fórmulas por 2 n.
Varios factores influyen en este rendimiento: la construcción del motor, el sistema de distribución, la velocidad del pistón, la superficie de los orificios de aspiración y escape, la carrera de las válvulas de aspiración y escape, si el motor es de 2 o 4 tiempos, la altura del motor sobre el nivel del mar y el lugar donde está instalado el motor.
F) Rendimiento gravimétrico
El rendimiento gravimétrico se refiere a la relación entre el peso de la mezcla que realmente entra en el cilindro y el peso de la mezcla que entraría bajo condiciones normales para el mismo volumen del cilindro.
NOTA: Para entender cómo se pierde la energía calorífica del combustible quemado en el cilindro, se proporcionan los siguientes datos:
- 30% se pierde como calor en el agua de enfriamiento.
- 40% se pierde en los gases de escape.
- 2% es absorbido por la instalación eléctrica.
- 4% se pierde por el rozamiento mecánico interno del motor.
- Disponible en el eje cigüeñal: 24%.
- 4% se pierde por rozamiento en el embrague, la caja de cambios, la transmisión, etc.
- 5% se pierde por la eficiencia de la propulsión.
- Disponible: 15% para superar las fuerzas de rozamiento, la resistencia del aire, etc., que se oponen al movimiento del vehículo.
DEFINICIONES
El diámetro del cilindro es la medida interna de la parte cilíndrica por donde se mueve el pistón en su recorrido alternativo. La abreviatura convencional es: D.
El punto muerto superior es la posición más elevada que puede alcanzar el pistón dentro del cilindro. La abreviatura convencional es: P.M.S.
NOCIONES ELEMENTALES
El punto muerto inferior es la posición más baja que puede alcanzar el pistón dentro del cilindro. La abreviatura convencional es: P.M.I.
La carrera del pistón es la distancia que recorre el pistón al moverse de un punto muerto a otro dentro del cilindro. La abreviatura convencional es: C.
Es importante diferenciar dos tipos de carrera: la descendente y la ascendente.
El radio del brazo del cigüeñal es la distancia desde el centro del perno del brazo del cigüeñal hasta el centro del perno de bancada del eje del cigüeñal. La abreviatura convencional es: r.
La longitud de la biela es la distancia medida desde el centro del perno del brazo del cigüeñal hasta el centro del perno del pistón. La abreviatura convencional es: L.
La relación entre la carrera y el diámetro es el número que resulta de dividir la carrera por el diámetro (ambas medidas en milímetros).
Este valor varía entre 0,8 y 2. La abreviatura convencional es: C/D.
La relación entre la longitud de la biela y la carrera es el número que resulta de dividir la longitud de la biela por la carrera (ambas medidas en milímetros). En los motores comunes varía entre 1,6 y 2,8. La abreviatura convencional es: L/C.
El desplazamiento del pistón es la distancia que recorre desde una posición dada hasta el punto muerto más cercano, cuando el brazo del cigüeñal se desvía un ángulo determinado de la posición correspondiente a ese punto muerto. Se designa comúnmente con la letra X.
La superficie del pistón es el área de la cabeza del pistón que está expuesta a la acción de la mezcla quemada. La superficie útil del pistón se considera como la de un círculo cuyo diámetro es igual al del cilindro.
Fuente:
Maq 306 Motores a Explosión Capítulo 2 Nociones Elementales
