jueves, 4 de noviembre de 2010

Orientacion del motor.

Orientación del motor
La orientación puede ser longitudinal o transversal, esto es que el eje del motor está colocado a lo largo o a lo ancho del sentido de circulación del automóvil respectivamente.
A principios del siglo XX, la orientación habitual era longitudinal ya que la tracción se enviaba del motor delantero al eje trasero mediante un eje cardán dispuesto de forma longitudinal. Esta disposición se mantuvo hasta cuando empezó a generalizarse la tracción delantera.
El motor transversal permitió ahorrar bastante espacio en favor de los ocupantes y esta disposición es la más habitual hoy en día en los vehículos "todo adelante" (tracción y motor delanteros); esto permite que el habitáculo se encuentre en una posición más baja y cómoda al acceso, y también permite que el piso no se vea afectado por el espacio que ocupa el cardan de transmisión. La orientación transversal también se usa en automóviles con motor y tracción trasera aunque menos habitualmente, ya que la ganancia de espacio no es tan importante en un automóvil de esas características (que suele ser deportivo).
En los automóviles con tracción a las cuatro ruedas se usa un motor longitudinal y la tracción del eje delantero parte del eje de distribución o cardan, o se deriva un eje transmisor desde el eje delantero al trasero cuando se usa un motor transversal.
Posición delantera
La posición del motor más habitual es al frente, lo que se conoce como motor delantero. Esta posición aprovecha mejor el espacio para pasajeros, ya que el giro de las ruedas restaría espacio si el maletero estuviese delante. Además permite una mejor refrigeración del motor, porque puede recibir el viento cuando avanza.
Trasera
Los motores traseros se utilizan en automóviles deportivos (excepto en los populares Volkswagen Escarabajo o en los Fiat 500, Cinquecento...), ya que la tracción mejora al cargar más peso sobre las ruedas motrices. Habitualmente hay que incorporar aberturas laterales para la refrigeración del motor.
Central
Si el motor está entre los ejes delantero y trasero, su posición es central. Más precisamente, un motor central delantero se ubica por detrás del eje delantero y adelante del habitáculo, y un motor central trasero está detrás del habitáculo y por delante del eje trasero.
La disposición central del motor permite un reparto más equilibrado de masa entre los dos ejes, lo que requiere menor inercia para empezar y dejar de girar. Por eso se utiliza especialmente en automóviles de carreras.
La disposición central no es absolutamente central; lo que se intenta es que el motor esté entre los ejes, alargando el morro en los central-delanteros, o colocando el motor delante del eje trasero en los central-traseros.

Disposición de cilindros.

Disposición de cilindros
Para evitar la construcción de pistones, cilindros, válvulas de tamaño demasiado grande, con las dificultades para la lubricación y especialmente la refrigeración que ello acarrea, al incrementarse la potencia se construyen motores de varios cilindros -multi-cilíndricos- que da lugar a distintas configuraciones.
En V
Otra disposición es el motor en V. En él los cilindros se agrupan en dos bancadas o filas de cilindros formando una letra V que convergen en el mismo cigüeñal. En estos motores el aire de admisión es succionado por dentro de la V y los gases de escape expulsados por los laterales. L y R
Se usa en motores a partir de seis cilindros, sobre todo en automóviles de tracción delantera, ya que acorta la longitud del motor a la mitad. La apertura de la V varía desde 54º o 60º hasta 90º o 110º aunque las más habituales son 90º y 60º. El motor VR6 de Volkswagen es un V6 de apenas 15º de apertura, que permite reducir ligeramente la longitud del motor (en disposición transversal).
  • Los motores con disposición en V más comunes son los siguientes:
    • V6
    • V8
    • V10
    • V12
Cilindros en oposición
Existen tres tipos diferentes de motores con cilindros en oposición, comúnmente referidos al término en inglés flat-cylinder engine:
  1. el motor bóxer
  2. la V de 180º,
  3. el motor de cilindros horizontalmente opuestos.
El motor boxer es el utilizado en los Volkswagen Escarabajo, Volkswagen Kombi, el Porsche 911, y es muy usado actualmente por Subaru (en el Impreza, Legacy, etc.) y tienen por lo general entre 4 y 6 cilindros.
El motor con V de 180º, de configuración muy similar al motor boxer, es usado por algunas ediciones especiales de Ferrari y Alfa Romeo. La diferencia básica consiste en que ocasionalmente, los motores con V en 180º no usan un muñón largo como en el boxer, sino que las bielas comparten la misma posición en el cigüeñal, haciendo que mientras un pistón se acerca al cigüeñal el otro se aleje, opuesto a lo que sucede en el Boxer en el que los pistones se alejan y acercan al mismo tiempo. La V de 180º se usa en motores de más de 8 cilindros donde ha resultado más efectiva, mientras que el boxer se usa en pares con menos de 6 cilindros y por ello se han asociado mutuamente como un mismo tipo de disposición.
El motor de cilindros horizontalmente opuestos otro nombre para boxer.
La ventaja de estos tres tipos de motores con cilindros en oposición es que tienen una altura menor y el centro de gravedad más bajo que el de sus pares en línea y en "V", tiene una disposición más compacta, y sus elementos al ser de menor longitud garantizan mayor estabilidad. La principal desventaja de los motores Boxer es su mayor costo de desarrollo y fabricación porque necesita mayor cantidad de piezas. Los motores boxer presentan vibraciones mucho menores a los motores en línea, ya que el centro de masa permanece invariable a través de una revolución del motor; solo los momentos de segundo orden se mueven al girar el volante.
Dos cilindros en V a 90º (ducati)
Forma radial o en estrella
En este grupo se encuentran dos tipos de motores, ambos con disposición radial de los cilindros: los motores de tipo radial y los motores de tipo rotativo, utilizados ambos principalmente en los motores de aviación y como motores estáticos. La diferencia entre ambos consiste en que los motores de tipo radial mantienen el bloque fijo, girando el cigüeñal en su interior, mientras que los de tipo rotativo, el cigüeñal permanece fijo y es el bloque entero el que gira.
Forma de H
También se encuentra la disposición en H, la cual es una especie de hibridación de dos motores con cilindros en oposición con el uso de dos cigüeñales, quedando una bancada por encima de la otra que generan potencia para un solo eje de transmisión intermedio entre los dos cigüeñales.
Forma de W
Otra disposición es en W que es una especie de doble V combinada en tres o cuatro bancadas de cilindros y un cigüeñal, que data de la década de 1920, y son usadas en algunos vehículos modernos del Grupo Volkswagen, como el Audi A8, el Volkswagen Touareg o Phaeton.

Ciclo Diesel 2 y 4 tiempos

MOTORES CICLO DIESEL

Inventados por el Ing. Rodolfo Diesel, son motores a pistón con similares componentes a los detallados para los que cumplen con el ciclo Otto, aunque: no poseen sistema de encendido; difiere totalmente el sistema de alimentación y en general todos los componentes son más robustos a igualdad de potencia (esto último debido a las mayores relaciones de compresión). En motores  de muy alta potencia y para aplicación naval en el mecanismo biela-manivela suelen incorporar la cruceta.

            También son válidas para el motor diesel las consideraciones realizadas anteriormente en cuanto a la ubicación de las válvulas, disposición de cilindros, etc.  Es de hacer notar que, debido a la aplicación de motores diesel para accionamientos de muy grandes potencias como ser locomotoras, barcos, grupos electrógenos, etc. donde no existen las limitaciones de espacio que se presentan en la propulsión automotriz, es frecuente encontrar motores diesel de 12, 16 ó 20 cilindros ya sea  en línea o en “V”.

Las características distintivas de un motor Diesel son las siguientes:

§  formación de la mezcla aire-combustible en el interior de los cilindros: la admisión y compresión se realiza únicamente con aire y el combustible (gas-oil en motores rápidos y diese-oil en aquellos de bajas r.p.m.) sólo se inyecta en el interior de los cilindros al final de la carrera de compresión.
§  autoencendido:  la temperatura al final de la compresión está por encima del punto de inflamación del combustible, de tal manera que se inflama por sí mismo sin necesidad de chispa. De allí que estos motores también son conocidos como motores a encendido por compresión.

La combustión se realiza a presión constante (ciclo teórico), en la práctica sufre incremento por el calor que se va liberando de la combustión misma y compensado parcialmente por la expansión. Para alcanzar las elevadas temperaturas que se requieren para lograr el autoencendido, la relación de compresión en estos motores generalmente está en el orden de 14:1 a 20:1, lo que permite alcanzar rendimientos térmicos mayores que en el ciclo Otto, lo que constituye su principal ventaja. Por contrapartida, los mayores esfuerzos mecánicos sobre las piezas del motor los hacen más pesados y por consiguiente más difíciles de balancear. También el corto tiempo que se dispone para la formación de la mezcla aire-combustible en el cilindro limita la rapidez de estos motores.

Ciclo diesel (teórico)

§  Desde el punto 0 al 1: 1ra. carrera del pistón (desde el PMS al PMI) aspiración o admisión  de aire (únicamente), transformación a presión constante (válvula de admisión abierta).

§  Desde el punto 1al 2: 2da. carrera,  compresión adiabática del aire (ambas válvulas cerradas)

§  Desde el punto 2 al 3: teóricamente aqui el ciclo recibe una cantidad de calor Q1 a volumen constante.  En la realidad esa cantidad de calor es producto de lla ignición del combustible inyectado en el cilindro desde el momento 2 hasta 3 (inyección de combustible). El dispositivo a través del cual se produce el ingreso de combustible al cilindro se denomina inyector.

§  Desde el punto 3 al 4: expansión adiabática de los gases quemados. (continuan cerradas ambas válvulas).
§  Desde el punto 4 al 1: descenso de la presión del gas por la apertura de la válvula de escape (a volumen constante) y entrega de una cantidad de calor Q2 al medio.

§  Desde el punto 1 al 0, fin del ciclo: Barrido o escape del gas hacia el exterior a través de la válvula de escape abierta, a presión constante.



El combustible utilizado en los motores diesel debe tener características casi opuestas al empleado en los Otto: aqui es importante la inmediata inflamación a su ingreso a la cámara de combustión (alto índice cetano). También es fundamental lograr una rápida y homogénea mezcla del aire comprimido en la cámara con el combustible inyectado, lo que se logra con la formación de torbellinos merced a cuidadosos diseños hidrodinámicos de los conductos de admisión, válvulas, pre-cámaras y cámaras de combustión que en algunos casos incluyen la cabeza del pistón, como asimismo las características del “chorro” de combustible inyectado.
También existen motores Diesel que cumplen un ciclo competo en cada vuelta del cigüeñal (“2 tiempos”) aunque su configuración es diferente a sus equivalentes Otto: la admisión es a través de lumbreras cuya apertura y cierre la provoca el pistón mientras que el escape es controlado por una válvula comandada por el árbol de levas.

Ver video ciclo motor diesel 4 tiempos.


Motores diesel “2 tiempos”

Las cuatro fases del ciclo se cumplen de la siguiente manera, requiriendo una sola vuelta del cigüeñal:
§  escape: al descender el pistón en la parte final de la carrera de expansión (potencia) se abre la válvula de escape permitiendo la salida de los gases quemados.
§  admisión: una vez abierta la válvula de escape, el pistón en su movimiento descendente descubre las lumbreras de admisión posibilitando el ingreso de aire limpio forzado por un soplador (generalmente de tipo Roots)  el que a su vez expulsa los gases quemados remanentes en el cilindro.
§  compresión: al ascender, el pistón tapa  las lumbreras de admisión a la vez que se cierrra la válvula de escape produciendo la compresión del aire que ingresó al cilindro.
§  expansión: cuando el pistón está próximo a llegar al PMS comienza la inyección de combustible, el que se inflama. Combustión y consiguiente expansión (carrera de potencia).

Sistemas de inyección del combustible:

El elemento a través del cual el combustible ingresa al cilindro se llama inyector, otros componentes del sistema son: el filtro de combustible, la bomba que eleva la presión hasta la adecuada para la inyección y las cañerías de retorno del excedente de combustible. Inyectar la cantidad adecuada de combustible y esparcirlo de la forma más fina y uniforme en una zona de alta presión como es el cilindro al final de la carrera de compresión no es tarea sencilla. Existen tres alternativas diferentes:

ü  sistema de bomba múltiple constituido por un conjunto de bombas dosificadoras (montadas en un único bloque) que son las encargadas de enviar a cada cilindro la cantidad necesaria  de combustible en el momento preciso (fin de la compresión). Es el más difundido en nuestro país, lo utiliza la inmensa mayoría de las marcas (sistemas Bosch, C.A.V., etc. aplicados a motores Mercedes Benz, Perkins, Deutz,etc.)
ü  sistema presión-tiempo o P-T: la cantidad de combustible que ingresará a los cilindros está determinada por la presión de una bomba única. El momento y duración de la inyección está controlado desde cada inyector comandado por una excéntrica en el árbol de levas (motores Cummins, etc).

ü  sistema inyector-bomba: en este caso la dosificación del combustible, la presión de inyección y el momento en que ella ocurre se realizan dentro del inyector que también en este caso está comandado por el árbol de levas (empleado por Detroit Diesel, G.M., etc).


En los motores diesel es particularmente importante la formación de torbellinos en el aire comprimido, como asimismo que el combustible inyectado incida sobre los puntos más calientes a fin de asegurar una rápida inflamación y propagación de la llama. A tal fin existen numerosos diseños de la cámara de combustión, las que en muchos están labradas en  la cabeza del pistón, el que posee cavidades adecuadas para difundir el chorro del combustible a los puntos más distantes de la cámara.
Para favorecer el inicio de la combustión, en muchos motores la inyección del combustible se realiza en un pequeña antecámara donde el exceso de combustible asegura la inflamación, luego debido a la sobre-presión que se produce, la mezcla ingresa ardiendo a la cámara donde se termina el proceso de combustión. Este sistema, especialmente adecuado para trabajo en zonas de muy baja temperatura, fácil arranque en frío, etc, se conoce como inyección indirecta y es el indicado en el esquema de la hoja siguiente donde pueden apreciarse, además, el corte de la bomba múltiple y el precalentador de la pre-cámara constituido por una pequeña resistencia eléctrica (mal llamada “bujía de los diesels").
 Con el avance tecnológico fue posible fabricar inyectores capaces de producir un chorro de combustible con gotas mucho más pequeñas y con una mayor difusión a toda la cámara, por lo que no requieren la pre-cámara o cámara auxiliar, es el sistema de inyección directa que se observa en la figura inferior, que es aplicable a cualquiera de los tres sistemas anteriores (en el caso graficado mediante inyector-bomba).

Ver video motor diesel 2 tiempos.

Motores diésel
En teoría, el ciclo diésel difiere del ciclo Otto en que la combustión tiene lugar en este último a volumen constante en lugar de producirse a una presión constante. La mayoría de los motores diésel tienen también cuatro tiempos, si bien las fases son diferentes de las de los motores de gasolina.
En la primera fase se absorbe aire hacia la cámara de combustión. En la segunda fase, la fase de compresión, el aire se comprime a una fracción de su volumen original, lo cual hace que se caliente hasta unos 440 ºC. Al final de la fase de compresión se inyecta el combustible vaporizado dentro de la cámara de combustión, produciéndose el encendido a causa de la alta temperatura del aire. En la tercera fase, la fase de potencia, la combustión empuja el pistón hacia atrás, trasmitiendo la energía al cigüeñal. La cuarta fase es, al igual que en los motores Otto, la fase de expulsión.
Algunos motores diésel utilizan un sistema auxiliar de ignición para encender el combustible al arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura adecuada.
La eficiencia de los motores diésel depende, en general, de los mismos factores que los motores Otto, y es mayor que en los motores de gasolina, llegando a superar el 40%. Este valor se logra con un grado de compresión de 14 a 1, siendo necesaria una mayor robustez, y los motores diésel son, por lo general, más pesados que los motores Otto. Esta desventaja se compensa con una mayor eficiencia y el hecho de utilizar combustibles más baratos.
Los motores diésel suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min), mientras que los motores Otto trabajan de 2.500 a 5.000 rpm. No obstante, en la actualidad, algunos tipos de motores diésel trabajan a velocidades similares que los motores de gasolina, pero por lo general con mayores cilindradas debido al bajo rendimiento del gasoil respecto a la gasolina.

martes, 2 de noviembre de 2010

Ciclo Otto 2 y 4 tiempos

Motores ciclo Otto

Es el más antiguo (inventado por el alemán Augusto N. Otto en 1864) y uno de los más populares motores térmicos, también conocido por motor a encendido por chispa o “naftero” por ser la nafta el combustible que emplean más frecuentemente.
Hay dos tipos de motores que se rigen por el ciclo de Otto, los motores de dos tiempos y los motores de cuatro tiempos. Este último, junto con el motor diésel, es el más utilizado en los automóviles ya que tiene un buen rendimiento y contamina mucho menos que el motor de dos tiempos.

Mecánicamente, la estructura básica de estos motores -del tipo alternativo, a pistón- consta de tres grupos constructivos:

  1. el conjunto del cigüeñal: mecanismo biela-manivela que comprende: cigüeñal, bielas, pistones y volante de inercia
  2. el bloque motor (“block”) que incluye los cilindros, apoyos para el cigüeñal (“bancadas”), árbol de levas, etc. y la culata (tapa de cilindros), conductos de admisión y escape (múltiples”), etc.
  3. los mecanismos de la distribución: árbol de levas, botadores, varillajes, balancines, válvulas, etc.

A ellos hay que sumarle:
§         sistema eléctrico de encendido, que por medios electromagnético-mecánico o electrónico es el encargado de inflamar la mezcla aire-combustible en el interior de los cilindros.
§         sistema de refrigeración apropiado para asegurar el funcionamiento del motor dentro de rangos de temperatura adecuados a los materiales, aceite lubricante, etc.
§         sistema de lubricación para todas las partes móviles.
§         sistema de alimentación compuesto por filtros de aire, bomba de combustible, carburador o dispositivo de inyección.

Motor Otto a 4 tiempos
§         Desde el punto 0 al 1: 1ra. carrera del pistón (desde el PMS al PMI) aspiración o admisión  del gas que evoluciona, transformación a presión constante (válvula de admisión abierta).

§         Desde el punto 1al 2: 2da. carrera,  compresión del gas realizada sin intercambio de calor con el exterior (medio), transformación adiabática. (ambas válvulas cerradas)

§         Desde el punto 2 al 3: el ciclo recibe una cantidad de calor Q1 a volumen constante.
§         Desde el punto 3 al 4: expansión adiabática del gas. (continuan cerradas ambas válvulas).
§         Desde el punto 4 al 1: descenso de la presión del gas por la apertura de la válvula de escape (a volumen constante) y entrega de una cantidad de calor Q2 al medio.
§         Desde el punto 1 al 0, fin del ciclo: Barrido o escape del gas hacia el exterior a través de la válvula de escape abierta, a presión constante.

  1. Durante la primera fase el pistón se desplaza hasta el PMI y la válvula de admisión permanece abierta, permitiendo que se aspire la mezcla de combustible y aire hacia dentro del cilindro (Esto no significa que entre de forma Gaseosa).
  2. Durante la segunda fase las válvulas permanecen cerradas y el pistón se mueve hacia el PMS, comprimiendo la mezcla de aire y combustible. Cuando el pistón llega al final de esta fase, la bujía se activa y enciende la mezcla.
  3. Durante la tercera fase se produce la combustión de la mezcla, liberando energía que provoca la expansión de los gases y el movimiento del pistón hacia el PMI. Se produce la transformación de la energía química contenida en el combustible en energía mecánica trasmitida al pistón. El la trasmite a la biela, y la biela la trasmite al cigüeñal, de donde se toma para su utilización.
  4. En la cuarta fase se abre la válvula de escape y el pistón se mueve hacia el PMS, expulsando los gases producidos durante la combustión y quedando preparado para empezar un nuevo ciclo.

Para mejorar el llenado del cilindro, también se utilizan sistemas de sobrealimentación, ya sea mediante turbocompresores (turbos o mediante compresores volumétricos o también llamados compresores de desplazamiento positivo).
En algunos motores el cilindro es constituido por una "camisa" que nada más es que un tubo cilíndrico colocado en el bloque del motor y que posibilita la circulación de agua en su vuelta, así como una fácil sustitución en caso de desgaste.
En general, la eficiencia de un motor de este tipo depende de la relación de compresión, proporción entre los volúmenes máximo y mínimo de la cámara de combustión. Esta proporción suele ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la mayoría de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando así la eficiencia del motor, pero este diseño requiere la utilización de combustibles de alto índice de octanos. Una relación de compresión baja requiere combustible con bajo número de octanos para hacer que el combustible alcance su punto de ignición. De la misma manera, una compresión alta requiere un combustible de alto número de octanos, para evitar los efectos de detonación del combustible, es decir, que se produzca una autoignición del combustible antes de producirse la chispa en la bujía.

Ver video ciclo otto.

Motores Otto 2 tiempos
Una configuración mecánica diferente permite cumplir el ciclo completo en dos carreras del pistón, en lugar de cuatro como requiere el anterior, son los llamados “motores 2 tiempos” (en realidad debieran llamarse “2 carreras” por cuanto  los cuatro tiempos del ciclo se cumplen, aunque en una sola vuelta del cigüeñal)
Este motor no posee válvulas. El ingreso y salida  de los gases es controlado por el mismo pistón que tapa y descubre unos orificios (“lumbreras”) ubicados en las paredes del cilindro. En el proceso de admisión y pre-compresión tiene activa participación el carter, que en este caso es hermético y seco.
En el motor  "2 tiempos" el pistón que asciende desde el PMI cierra la  lumbrera de transferencia provocando una depresión en el carter. Al continuar en su ascenso descubre la lumbrera de admisión posibilitando el ingreso de la mezcla aire-combustible procedente del carburador. La parte superior del pistón comprime la mezcla existente en el cilindro (ingresada en el ciclo anterior). Luego del salto de chispa en la bujía se produce la combustión y expansión provocando la carrera descendente activa del pistón que se desplaza hacia el PMI. En el descenso el pistón descubre la lumbrera de escape permitiendo la salida de los gases quemados, al mismo tiempo que cierra la lumbrera de admisión, con lo que la mezcla recientemente ingresada queda encerrada en el espacio delimitado por el pistón y el carter. Al continuar el pistón en su descenso abre la lumbrera de transferencia (o barrido) por lo que la mezcla contenida en el carter y a una presión superior a la atmosférica  asciende por el conducto de transferencia completando el barrido de los gases quemados remanentes en el cilindro, llenándolo con mezcla , iniciándose el ciclo..
La eficiencia de este tipo de motores es menor que la de los motores de cuatro tiempos, pero al necesitar sólo dos tiempos para realizar un ciclo completo, producen más potencia que un motor cuatro tiempos del mismo tamaño.
El principio general del motor de dos tiempos es la reducción de la duración de los periodos de absorción de combustible y de expulsión de gases a una parte mínima de uno de los tiempos, en lugar de que cada operación requiera un tiempo completo.
En los motores de dos tiempos la mezcla de combustible y aire entra en el cilindro a través del orificio de aspiración cuando el pistón está en la posición más alejada del cabezal del cilindro. La primera fase es la compresión, en la que se enciende la carga de mezcla cuando el pistón llega al final de la fase. A continuación, el pistón se desplaza hacia atrás en la fase de explosión, abriendo el orificio de expulsión y permitiendo que los gases salgan de la cámara.

Ver video ciclo 2 tiempos.

domingo, 31 de octubre de 2010

Introducción

Combustión
Es un fenómeno químico en el cual ciertos elementos constitutivos de los combustibles se combinan con el oxígeno, liberando importantes cantidades de calor.
En otras palabras es una oxidación violenta con desprendimiento de calor. No necesariamente el oxígeno es el comburente sino que varía de acuerdo al combustible.

Motores térmicos

Permiten obtener trabajo mecánico a partir del calor, a su vez obtenido de una combustión (arden el combustible y el oxigeno dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor). En algunos casos la energía del combustible se aprovecha por la combustión dentro del mismo (motores a combustión interna) como por ejemplo los comúnmente conocidos como “nafteros” y “gasoleros”,