INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO SANTIAGO MARIOEXTENSIN MATURN.ESCUELA DE INGENIERA DE MANTENIMIENTO MECNICO

Motores de Combustin Interna

Prof. Autor.Amalia Palma Acevedo Argenis C.I 24.125.835 Jess lvarez C.I 17.090.196

Maturn, Enero 2015INTRODUCCINDesde que se dieron los primeros indicios de la aplicacin de motores de combustin interna, a la poca actual, vemos que el desarrollo se ha venido centrando en el perfeccionamiento de las factoras para producir ms y mejores motores, e igualmente se ha venido desarrollando paralelamente materiales, lubricantes, procesos de fabricacin e igualmente modificaciones al funcionamiento, que si bien lo son, hasta ahora nunca ha tocado la forma como transcurre el ciclo de funcionamiento.

El diseo propuesto hace ms de 115 aos por el Seor FEDERICO AUGUSTO OTTO se ha depurado a tal punto que se ha llegado al lmite de los rendimientos mecnico y cualitativo; todo esto producto de ingeniosos destellos creativos y muchsimas horas de labor. Aun as el rendimiento orgnico del conjunto apenas si alcanza un incipiente cuarenta por ciento. Claro que recordando el quince por ciento de rendimiento de la majestuosa maquina a vapor, notamos un gran avance.As, hoy da, los automviles se vean ''absolutamente modernos'' en su interior no dejan de llevar un motor en el que su ciclo de funcionamiento fue diseado en el siglo antepasado (la creacin del motor con ciclo de funcionamiento de cuatro carreras entr en prctica real en pars en 1883.) y hasta ahora nadie inexplicablemente ha mejorado (me refiero a motores de combustin interna)

MOTORESLos motores son maquinas que transforman la energa en movimiento o en trabajo mecnico. Se clasifican segn el tipo de energa que se suministra. Los ms extendidos son los motores elctricos y los trmicos. Los motores elctricos utilizan energa elctrica y su funcionamiento se basa en el fenmeno de la induccin electromagntica. Los motores trmicos utilizan energa calorfica para funcionar. Uno de sus ejemplos clsicos es la maquina de vapor.

COMBUSTINLa Combustin es un proceso qumico de oxidacin rpida que va acompaado de desprendimiento de energa bajo en forma de calor y luz. Para que ste proceso se d, es necesario la presencia de un combustible, un comburente y calor. El material que es capaz de arder y se combina con el oxgeno, se conoce como combustible. En las combustiones ordinarias el combustible es una sustancia compuesta, como hidrocarburos (gas de petrleo, gasolina, kerosene, parafina, etc.), existen otros compuestos como el hidrgeno, el azufre, el papel, la madera, etc. El oxgeno, elemento esencial para que se produzca y contine el proceso de oxidacin, se conoce como comburente.

MOTORES DE COMBUSTIN INTERNALos motores de combustin interna son motores trmicos que obtienen energa de un combustible que se quema. Estos motores utilizan un mecanismo de biela, manivela y pistn situado en el interior de un cilindro. El proceso se inicia con una chispa que hace explotar la mezcla de combustible y aire contenido en el cilindro, La explosin que se produce empuja los pistones y estos se ponen en movimiento. La biela, conectada al cigeal, transforma el movimiento lineal de los pistones en giratorio. Los motores de combustin interna son la base de la industria de los vehculos automotores. Los ms extendidos son los motores de explosin, como los motores de ciclo Otto y los motores Diesel. El motor de ciclo Otto tpico usa gasolina como combustible y sigue un ciclo de cuatro etapas. En estas etapas se introducen gases en un cilindro con pistn. La expansin de estos gases mueve el pistn y este movimiento se puede usar para producir un trabajo mediante un sistema de transmisin. Los motores diesel son similares a los de ciclo Otto, pero usan temperaturas y presiones mayores.

HISTORIA DEL MOTOR DE COMBUSTIN INTERNA

Karl Benz, un ingeniero alemn, fue el responsable de disear el primer automvil impulsado por un motor de combustin interna en 1885. Hijo de un ingeniero ferroviario, en 1877 realiz sus primeros experimentos sobre motores de combustin, de los que dot a un vehculo de dos ruedas. En 1883 fund en Mannheim la casa Benz y Ca., orientada al desarrollo de los motores de combustin interna.El primer coche fabricado por la empresa, un triciclo al que se denomin Motorwagen, que actualmente se conserva en Munich, fue patentado en 1886. En 1893 construy, con caractersticas similares al anterior, su primer vehculo de cuatro ruedas. En 1899 vio la luz el modelo inicial de su primera serie de coches de carreras.En 1926, la casa Benz y Ca. se fusion con la Daimler Motoren Gesellschaft de Gottlieb Daimler, formando la Daimler-Benz, la firma productora de los automviles Mercedes Benz, y primera empresa automovilstica en incorporar el motor Diesel a los vehculos de pasajeros. Con anterioridad, en 1906, Benz haba abandonado la empresa para fundar la K. Benz Shne en Ladenburg, junto a sus hijos Eugen y Richard.

TIPOS DE MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA

Motor convencional del tipo OttoEl motor convencional del tipo Otto es de cuatro tiempos (4T), aunque en fuera borda y vehculos de dos ruedas hasta una cierta cilindrada se utiliz mucho el motor de dos tiempos (2T). El rendimiento trmico de los motores Otto modernos se ve limitado por varios factores, entre otros la prdida de energa por la friccin y la refrigeracin.La termodinmica nos dice que el rendimiento de un motor alternativo depende en primera aproximacin del grado de compresin. Esta relacin suele ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la mayora de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando as la eficiencia del motor, pero este diseo requiere la utilizacin de combustibles de alto ndice de octano para evitar el fenmeno de la detonacin, que puede producir graves daos en el motor. La eficiencia o rendimiento medio de un buen motor Otto es de un 20 a un 25%: slo la cuarta parte de la energa calorfica se transforma en energa mecnica.

Funcionamiento del Motor convencional del tipo Otto 1. Tiempo de admisin - El aire y el combustible mezclados entran por la vlvula de admisin 1. Tiempo de compresin - La mezcla aire/combustible es comprimida y encendida mediante la buja. 1. Tiempo de combustin - El combustible se inflama y el pistn es empujado hacia abajo. 1. Tiempo de escape - Los gases de escape se conducen hacia fuera a travs de la vlvula de escape

Motores DieselEn teora, el ciclo diesel difiere del ciclo Otto en que la combustin tiene lugar en este ltimo a volumen constante en lugar de producirse a una presin constante. La mayora de los motores diesel son asimismo del ciclo de cuatro tiempos, salvo los de tamao muy grande, ferroviarios o marinos, que son de dos tiempos. Las fases son diferentes de las de los motores de gasolina.En la primera carrera, la de admisin, el pistn sale hacia fuera, y se absorbe aire hacia la cmara de combustin. En la segunda carrera, la fase de compresin, en que el pistn se acerca. el aire se comprime a una parte de su volumen original, lo cual hace que suba su temperatura hasta unos 850 C. Al final de la fase de compresin se inyecta el combustible a gran presin mediante la inyeccin de combustible con lo que se atomiza dentro de la cmara de combustin, producindose la inflamacin a causa de la alta temperatura del aire. En la tercera fase, la fase de trabajo, la combustin empuja el pistn hacia fuera, trasmitiendo la fuerza longitudinal al cigeal a travs de la biela, transformndose en fuerza de giro par motor. La cuarta fase es, al igual que en los motores Otto, la fase de escape, cuando vuelve el pistn hacia dentro. Algunos motores diesel utilizan un sistema auxiliar de ignicin para encender el combustible al arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura adecuada.La eficiencia o rendimiento (proporcin de la energa del combustible que se transforma en trabajo y no se pierde como calor) de los motores diesel dependen, de los mismos factores que los motores Otto, es decir de las presiones (y por tanto de las temperaturas) inicial y final de la fase de compresin. Por lo tanto es mayor que en los motores de gasolina, llegando a superar el 40 %. en los grandes motores de dos tiempos de propulsin naval. Este valor se logra con un grado de compresin de 20 a 1 aproximadamente, contra 9 a 1 en los Otto. Por ello es necesaria una mayor robustez, y los motores disel son, por lo general, ms pesados que los motores Otto. Esta desventaja se compensa con el mayor rendimiento y el hecho de utilizar combustibles ms baratos.

Los motores diesel grandes de 2T suelen ser motores lentos con velocidades de cigeal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min), mientras que los motores de 4T trabajan hasta 2.500 rpm (camiones y autobuses) y 5.000 rpm. (Automviles)

Motor de dos tiempos

Con un diseo adecuado puede conseguirse que un motor Otto o diesel funcione a dos tiempos, con un tiempo de potencia cada dos fases en lugar de cada cuatro fases. La eficiencia de este tipo de motores es menor que la de los motores de cuatro tiempos, pero al necesitar slo dos tiempos para realizar un ciclo completo, producen ms potencia que un motor cuatro tiempos del mismo tamao.El principio general del motor de dos tiempos es la reduccin de la duracin de los periodos de absorcin de combustible y de expulsin de gases a una parte mnima de uno de los tiempos, en lugar de que cada operacin requiera un tiempo completo. El diseo ms simple de motor de dos tiempos utiliza, en lugar de vlvulas de cabezal, las vlvulas deslizantes u orificios (que quedan expuestos al desplazarse el pistn hacia atrs). En los motores de dos tiempos la mezcla de combustible y aire entra en el cilindro a travs del orificio de aspiracin cuando el pistn est en la posicin ms alejada del cabezal del cilindro. La primera fase es la compresin, en la que se enciende la carga de mezcla cuando el pistn llega al final de la fase. A continuacin, el pistn se desplaza hacia atrs en la fase de explosin, abriendo el orificio de expulsin y permitiendo que los gases salgan de la cmara.

Motor WankelEn la dcada de 1950, el ingeniero alemn Flix Wankel complet el desarrollo de un motor de combustin interna con un diseo revolucionario, actualmente conocido como Motor Wankel. Utiliza un rotor triangular-lobular dentro de una cmara ovalada, en lugar de un pistn y un cilindro. La mezcla de combustible y aire es absorbida a travs de un orificio de aspiracin y queda atrapada entre una de las caras del rotor y la pared de la cmara. La rotacin del rotor comprime la mezcla, que se enciende con una buja. Los gases se expulsan a travs de un orificio de expulsin con el movimiento del rotor. El ciclo tiene lugar una vez en cada una de las caras del rotor, produciendo tres fases de potencia en cada giro.El motor de Wankel es compacto y ligero en comparacin con los motores de pistones, por lo que gan importancia durante la crisis del petrleo en las dcadas de 1970 y 1980. Adems, funciona casi sin vibraciones y su sencillez mecnica permite una fabricacin barata. No requiere mucha refrigeracin, y su centro de gravedad bajo aumenta la seguridad en la conduccin. No obstante salvo algunos ejemplos prcticos como algunos vehculos Mazda, ha tenido problemas de durabilidad.Motor de carga estratificada

Una variante del motor de encendido con bujas es el motor de carga estratificada, diseado para reducir las emisiones sin necesidad de un sistema de recirculacin de los gases resultantes de la combustin y sin utilizar un catalizador. La clave de este diseo es una cmara de combustin doble dentro de cada cilindro, con una antecmara que contiene una mezcla rica de combustible y aire mientras la cmara principal contiene una mezcla pobre. La buja enciende la mezcla rica, que a su vez enciende la de la cmara principal. La temperatura mxima que se alcanza es suficientemente baja como para impedir la formacin de xidos de nitrgeno, mientras que la temperatura media es la suficiente para limitar las emisiones de monxido de carbono e hidrocarburos.

PARTES DE UN MOTOR DE COMBUSTIN INTERNA

Los motores Otto y los diesel tienen los mismos elementos principales, (bloque, cigeal, biela, pistn, culata, vlvulas) y otros especficos de cada uno, como la Bomba de inyeccin de alta presin en los diesel, o antiguamente el carburador en los Otto.

Cmara de combustinLa cmara de combustin es un cilindro, por lo general fijo, cerrado en un extremo y dentro del cual se desliza un pistn muy ajustado al cilindro. La posicin hacia dentro y hacia fuera del pistn modifica el volumen que existe entre la cara interior del pistn y las paredes de la cmara. La cara exterior del pistn est unida por una biela al cigeal, que convierte en movimiento rotatorio el movimiento lineal del pistn.En los motores de varios cilindros, el cigeal tiene una posicin de partida, llamada espiga de cigeal y conectada a cada eje, con lo que la energa producida por cada cilindro se aplica al cigeal en un punto determinado de la rotacin. Los cigeales cuentan con pesados volantes y contrapesos cuya inercia reduce la irregularidad del movimiento del eje. Un motor alternativo puede tener de 1 a 28 cilindros.

Sistema de alimentacinEl sistema de alimentacin de combustible de un motor Otto consta de un depsito, una bomba de combustible y un dispositivo dosificador de combustible que vaporiza o atomiza el combustible desde el estado lquido, en las proporciones correctas para poder ser quemado.Se llama carburador al dispositivo que hasta ahora vena siendo utilizado con este fin en los motores Otto. Ahora los sistemas de inyeccin de combustible lo han sustituido por completo por motivos medioambientales. Su mayor precisin en el dosaje de combustible inyectado reduce las emisiones de CO2, y aseguran una mezcla ms estable. En los motores diesel se dosifica el combustible gasoil de manera no proporcional al aire que entra, sino en funcin del mando de aceleracin y el rgimen motor (mecanismo de regulacin) mediante una bomba de inyeccin de combustible. En los motores de varios cilindros el combustible vaporizado se lleva los cilindros a travs de un tubo ramificado llamado colector de admisin. La mayor parte de los motores cuentan con un colector de escape o de expulsin, que transporta fuera del vehculo y amortigua el ruido de los gases producidos en la combustin.

Sistema de distribucinCada cilindro toma el combustible y expulsa los gases a travs de vlvulas de cabezal o vlvulas deslizantes. Un muelle mantiene cerradas las vlvulas hasta que se abren en el momento adecuado, al actuar las levas de un rbol de levas rotatorio movido por el cigeal, estando el conjunto coordinado mediante la cadena o la correa de distribucin. Ha habido otros diversos sistemas de distribucin, entre ellos la distribucin por camisa corredera (sleeve-valve).

EncendidoLos motores necesitan una forma de iniciar la ignicin del combustible dentro del cilindro. En los motores Otto, el sistema de ignicin consiste en un componente llamado bobina de encendido, que es un auto-transformador de alto voltaje al que est conectado un conmutador que interrumpe la corriente del primario para que se induzca un impulso elctrico de alto voltaje en el secundario.Dicho impulso est sincronizado con la etapa de compresin de cada uno de los cilindros; el impulso se lleva al cilindro correspondiente (aquel que est comprimido en ese momento) utilizando un distribuidor rotativo y unos cables de grafito que dirigen la descarga de alto voltaje a la buja. El dispositivo que produce la ignicin es la buja que, fijado en cada cilindro, dispone de dos electrodos separados unos milmetros, entre los cuales el impulso elctrico produce una chispa, que inflama el combustible. Si la bobina est en mal estado se sobrecalienta; esto produce prdida de energa, aminora la chispa de las bujas y causa fallos en el sistema de encendido del automvil.

Refrigeracin en motores de combustin internaDado que la combustin produce calor, todos los motores deben disponer de algn tipo de sistema de refrigeracin. Algunos motores estacionarios de automviles y de aviones y los motores fueraborda se refrigeran con aire. Los cilindros de los motores que utilizan este sistema cuentan en el exterior con un conjunto de lminas de metal que emiten el calor producido dentro del cilindro. En otros motores se utiliza refrigeracin por agua, lo que implica que los cilindros se encuentran dentro de una carcasa llena de agua que en los automviles se hace circular mediante una bomba. El agua se refrigera al pasar por las lminas de un radiador. Es importante que el lquido que se usa para enfriar el motor no sea agua comn y corriente porque los motores de combustin trabajan regularmente a temperaturas ms altas que la temperatura de ebullicin del agua. Esto provoca una alta presin en el sistema de enfriamiento dando lugar a fallas en los empaques y sellos de agua as como en el radiador; se usa un refrigerante, pues no hierve a la misma temperatura que el agua, sino a ms alta temperatura, y que tampoco se congela a temperaturas muy bajas.Otra razn por la cual se debe usar un refrigerante es que ste no produce sarro ni sedimentos que se adhieran a las paredes del motor y del radiador formando una capa aislante que disminuir la capacidad de enfriamiento del sistema. En los motores navales se utiliza agua del mar para la refrigeracin.

Sistema de arranqueAl contrario que los motores y las turbinas de vapor, los motores de combustin interna no producen un par de fuerzas cuando arrancan, lo que implica que debe provocarse el movimiento del cigeal para que se pueda iniciar el ciclo. Los motores de automocin utilizan un motor elctrico (el motor de arranque) conectado al cigeal por un embrague automtico que se desacopla en cuanto arranca el motor. Por otro lado, algunos motores pequeos se arrancan a mano girando el cigeal con una cadena o tirando de una cuerda que se enrolla alrededor del volante del cigeal.Otros sistemas de encendido de motores son los iniciadores de inercia, que aceleran el volante manualmente o con un motor elctrico hasta que tiene la velocidad suficiente como para mover el cigeal. Ciertos motores grandes utilizan iniciadores explosivos que, mediante la explosin de un cartucho mueven una turbina acoplada al motor y proporcionan el oxgeno necesario para alimentar las cmaras de combustin en los primeros movimientos. Los iniciadores de inercia y los explosivos se utilizan sobre todo para arrancar motores de aviones.Sistema de lubricacinEste sistema es el que mantiene lubricadas todas las partes mviles de un motor, a la vez que sirve como medio refrigerante.Tiene importancia porque mantiene en movimiento mecanismos con elementos que friccionan entre s, que de otro modo se engranaran, agravndose este fenmeno con la alta temperatura reinante en el interior del motor.

La funcin es la de permitir la creacin de una cua de aceite lubricante en las partes mviles, evitando el contacto metal con metal, adems produce la refrigeracin de las partes con alta temperatura al intercambiar calor con el medio ambiente cuando circula por zonas de temperatura ms baja o pasa a travs de un radiador de aceite.Consta bsicamente de una bomba de circulacin, un regulador de presin, un filtro de aceite, un radiador de aceite y conductos internos y externos por donde circula.

El funcionamiento es el siguiente: un bomba, generalmente de engranajes, toma el aceite del depsito del motor, usualmente el carter, y lo enva al filtro a una presin regulada, se distribuye a travs de conductos interiores y exteriores del motor a las partes mviles que va a lubricar y/o enfriar, luego pasa por el radiador donde se extrae parte del calor absorbido y retorna al depsito o carter del motor, para reiniciar el ciclo.

Para el correcto funcionamiento de este sistema se debe inspeccionar visualmente para detectar fugas, y presiones y temperaturas anormales de fluido (aceite) de lubricacin.

Los controles al sistema pueden realizarse visualmente midiendo con la varilla de medicin el nivel de aceite para controlar el consumo o detectar prdidas y mediante instrumentos como son los manmetros de presin y los termmetros controlar las condiciones del aceite y del circuito y a la vez el funcionamiento del motor.

Las fallas del sistema bsicamente son falta de nivel de aceite por prdidas o consumos elevados, alta temperatura del aceite por mal estado del sistema de refrigeracin del aceite o mal funcionamiento del motor, baja presin de aceite por bajo nivel o degradacin del aceite, falla de la bomba de circulacin, falla del regulador de presin o incremento en los huelgos de las partes mviles del motor por desgaste.

Las reparaciones del circuito, en la prctica se basan principalmente en la limpieza de los componentes del circuito y aletas del radiador de aceite, reemplazo de los filtros y cambios peridicos del aceite, antes de su degradacin total. Las reparaciones mayores se limitan al reemplazo de los componentes daados del circuito, los cuales en su mayora son elementos estticos y solamente la bomba de circulacin es susceptible de roturas por tener partes en movimiento.Fundamentalmente, al trabajar en este sistema se debe tener la precaucin de que el mismo no se encuentre bajo presin y que el aceite se haya enfriado lo suficiente para que un contacto con l no produzca una quemadura. Para el cuidado del medio ambiente, se debe tener la precaucin de recolectar todos los drenajes de aceite evitando derrames y disponerlo adecuadamente

FUNCIONAMIENTO DE MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA 4 TIEMPOSUn motor de combustin interna es bsicamente una mquina que mezcla oxgeno con combustible gasificado. Una vez mezclados ntimamente y confinados en un espacio denominado cmara de combustin, los gases son encendidos para quemarse (combustin).Debido a su diseo, el motor, utiliza el calor generado por la combustin, como energa para producir el movimiento giratorio que conocemos. La mayora de los motores de combustin interna trabajan con base en un ciclo de cuatro tiempos, cuyo principio es el ciclo termodinmico de Otto (con combustible gasolina o gas) y el ciclo termodinmico de Diesel (con combustible A.C.P.M.). Por lo tanto, su eficiencia est basada en la variacin de la temperatura tanto en el proceso de compresin isentrpico1, como en el calentamiento a volumen (Otto) o presin constante (Diesel).El ciclo consiste en dos carreras ascendentes y dos carreras descendentes del pistn. Cada carrera coincide con una fase del ciclo de trabajo, y recibe el nombre de la accin que se realiza en el momento.1er tiempo: carrera de admisin. Se abre la vlvula de admisin, el pistn baja y el cilindro se llena de aire mezclado con combustible. 2do tiempo: carrera de compresin. Se cierra la vlvula de admisin, el pistn sube y comprime la mezcla de aire/gasolina. 3er tiempo: carrera de expansin. Se enciende la mezcla comprimida y el calor generado por la combustin expande los gases que ejercen presin sobre el pistn. 4to tiempo: carrera de escape. Se abre la vlvula de escape, el pistn se desplaza hacia el punto muerto superior, expulsando los gases quemados.

IMPACTO AMBIENTALEl impacto ambiental del motor de combustin interna est estrechamente relacionado con un problema social surgido por la utilizacin creciente del mismo: la reduccin de los niveles de emisin de sustancias txicas y de los llamados "gases de invernadero", y la reduccin de los niveles de ruido.Las discusiones internacionales acerca de las causas e implicaciones para la humanidad del llamado "efecto invernadero", provocado por las crecientes emisiones a la atmsfera de gases tales como: CO2, metano, xido nitroso y los cloro-flurocarbonatos, reflejan la necesidad de un enfoque integral en el tratamiento de los problemas ambientales y del desarrollo, as como la necesidad de una accin concertada de la comunidad internacional para mitigar los efectos del calentamiento global.

CONCLUSINLa combustin es un proceso de oxidacin rpida de una sustancia, acompaado de un aumento de calor y frecuentemente de luz.Los procesos de combustin liberan energa, casi siempre en forma de calor. La forma ms comn de aprovechar esta energa es el motor de combustin interna que es un tipo de mquina que obtiene energa mecnica directamente de la energa qumica producida por un combustible que arde dentro de una cmara de combustin.En la historia existieron dos teoras de combustin importantes.Teora del flogistio: Basada en la existencia de un "principio de la combustibilidad" que denominado "flogisto" por Ernest Stalh. De acuerdo con sus ideas, los metales estaban formados por flogisto y la cal correspondiente, de modo que, cuando se calcinaban, el flogisto se desprenda y dejaba libre la cal.Teora de combustin por Lavoisier: Lavoisier demostr que la combustin es un proceso en el cual el oxgeno se combina con otra sustancia en la que sucede un aumento de calor.Hoy en da los motores de combustin interna son unos equipos para la industria muy importantes ya que sirven como elementos de impulso para que el proceso en un sistema industrial sea ms efectivo, la funcin de estos son darle movimiento rotativo a otros equipos vitales para los procesos industriales.