Motor gasolina

Un motor de gasolina es una máquina termodinámica formada por un conjunto de piezas y mecanismos fijos y móviles, para transformar la energía química que proporciona la combustión producida por una mezcla de aire y combustible en energía mecánica.

El motor de gasolina de cuatro tiempos se conoce también como “motor de ciclo Otto”, que fue su inventor en el año 1876.

El ciclo de trabajo de un motor Otto de cuatro tiempos, se puede representar gráficamente.

1. La línea amarilla representa el tiempo de admisión, donde el volumen del cilindro conteniendo la mezcla aire-combustible aumenta, pero no la presión.

2. La línea azul representa el tiempo de compresión, en el cual la válvula de admisión se cierra y la mezcla aire-combustible se comienza a comprimir. El volumen del cilindro se va reduciendo a medida que el pistón se desplaza. Cuando alcanza el PMS (Punto Muerto Superior) la presión dentro del cilindro ha subido al máximo.

3. La línea naranja representa el tiempo de explosión. El pistón se encuentra en el PMS. Como se puede apreciar, al inicio la presión es máxima y el volumen del cilindro mínimo, pero una vez que el pistón se desplaza hacia el PMI (Punto Muerto Inferior), la presión disminuye mientras el volumen del cilindro aumenta.

4. Por último la línea gris clara representa el tiempo de escape, durante el cual, el volumen del cilindro disminuye mientras el pistón expulsa al exterior los gases de escape.

El sombreado de líneas amarillas dentro del gráfico representa el trabajo desarrollado por el motor.

VENTAJAS DE LOS MOTORES GASOLINA

– Los motores de gasolina tienen un mejor rendimiento gracias a que su combustión genera un mayor poder energético.

-Estos motores son más ligeros lo que les permite revolucionarse con mayor facilidad.

– Los motores gasolina son más silenciosos y generan menos vibraciones.

– Las versiones gasolina de la mayoría de los vehículos suelen tener un coste inferior.

– Tienen un menor coste de mantenimiento que un diésel.

 

 

FRENADO DEL AUTOMÓVIL

FRENOS DE TAMBOR

MORDAZAS DE FRENO

 +

Mordazas de 2 pistones

Mordazas de 4 pistones

Mordazas de 6 pistones

 

 

DISCOS DE FRENO

Disco sólido                                       Disco sólido y perforado

Disco ventilado                                Disco ventilado y perforado

                        

PARTES MOTOR COMBUSTIÓN 4T

La  división primera y fundamental de un motor de combustión:

Empezando por la culata, en la mayoría de los motores de combustión en ella  se encuentra el árbol de levas, los balancines con sus correspondientes emujadores (taques) y varillas empujadoras , válvulas (admisión y escape), las entradas y salidas hacia los colectores de admisión y escape respectivamente.

Inyectores (tanto diesel como gasolina) , bujias( en el caso de motores a gasolina)

ÁRBOL DE LEVAS

BALANCINES, TAQUES,VARILLAS EMPUJADORAS, VÁLVULAS

COLECTORES DE ADMISIÓN Y ESCAPE (Entrada de la mezcla y posterior evacuación de los gases quemados)

CIRCUITO INYECTORES

BUJÍAS

Distribuidor de la chispa.

Gira el engranaje, moviendo así un rotor que conduce la corriente eléctrica. Cuando por la tapa del distribuidor llega la corriente de la bobina, esta pasa al rotor. El rotor tiene en su extremo una chapa conductora que al girar roza con cada uno de los contactos de carbono de la tapa del distribuidor mandando así la corriente eléctrica para cada una de las bujías en su momento justo.

CARBURADORES

Este era el caso de los motores de gasolina más antiguos que  en vez de usar inyectores se usan carburadores. La función de un carburador es crear la mezcla de aire y gasolina para pasarla posteriormente al colector de admisión y finalmente este a cada una de las cámaras de combustión.

INTERIOR DEL BLOQUE

Dentro del bloque se encuentran los cilindros con sus respectivos pistones. Estos pistones estan unidos por un bulón a una biela. A su vez la cabeza de la biela esta cogida al cigüeñal, para transformar el movimiento longitudinal del pistón en un movimiento circular.

La cabeza del pistón tiene unos anillos (segmentos) que permiten ajustarlos a la camisa del cilindro, para evitar posibles fugas.

Todos pistones se unen en el cigüeñal:

VOLANTE DEL MOTOR

El cigüeñal termina unido a este elemento para trasmitir toda fuerza motriz a la caja de cambios pasando por el embrague.

Finalmente en la parte inferior del motor encontramos el cárter, donde se almacena todo el aceite  que lubrica el motor.

 

 

 

La sincronización de los elementos principales como son el árbol de levas y el cigüeñal, viene dada según el modelo de motor por la cadena o correa de distribución.

Cadena distribución:                       Correa de distribución:

 

Ciclo Brayton

El ciclo Brayton describe el comportamiento ideal de un motor de turbina de gas. Las etapas del proceso son las siguientes:

• Admisión: El aire frío y a presión atmosférica entra por la boca de la turbina
• Compresor: El aire es comprimido y dirigido hacia la cámara de combustión mediante un compresor (movido por la turbina). Puesto que esta fase es muy rápida, se modela mediante una compresión adiabática
• Cámara de combustión: En la cámara, el aire es calentado por la combustión del queroseno. Puesto que la cámara está abierta el aire puede expandirse, por lo que el calentamiento se modela como un proceso isóbaro
• Turbina: El aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. En este paso el aire se expande y se enfría rápidamente, lo que se describe mediante una expansión adiabática
• Escape: Por último, el aire enfriado (pero a una temperatura mayor que la inicial) sale al exterior. Técnicamente, este es un ciclo abierto ya que el aire que escapa no es el mismo que entra por la boca de la turbina, pero dado que sí entra en la misma cantidad y a la misma presión, se hace la aproximación de suponer una re circulación. En este modelo el aire de salida simplemente cede calor al ambiente y vuelve a entrar por la boca ya frío. En el diagrama PV esto corresponde a un enfriamiento a presión constante

El ciclo Brayton sirve para modelar el comportamiento de un motor de turbina que mueve una hélice, pero no para un motor a reacción.

La diferencia es que:

• En un avión de hélice interesa obtener el máximo trabajo neto que puede dar la turbina, para mover la hélice.

• En el motor a reacción, en cambio, interesa obtener el mínimo, que es el que mantiene en marcha el compresor (y resto de sistemas de la aeronave). El resto de la energía interna aprovechable no se extrae del gas, sino que se mantiene en él, en forma de energía cinética. La cantidad de movimiento que se llevan los gases expulsados es lo que impulsa al avión hacia adelante, de acuerdo con la tercera ley de Newton.

Aunque también se ha intentado utilizar para el uso de vehículos como en Jaguar C-C75 o el Chrysler TurboFlite

El Turbocompresor

Un turbocompresor o también llamado turbo es un sistema de sobre-alimentación que usa una turbina centrífuga para accionar mediante un eje coaxial, con ella, un compresor centrífugo para comprimir gases. Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores de combustión interna alternativos, especialmente en los motores diésel.

Tiene la particularidad de aprovechar la fuerza con la que salen los gases de escape para impulsar la turbina colocada en la salida del colector de escape.

El compresor esta colocado en la entrada del colector de admisión, con el movimiento giratorio que le transmite la turbina a través del eje común, el compresor eleva la presión del aire que entra a través del filtro y consigue que mejore la alimentación del motor. El turbo impulsado por los gases de escape alcanza velocidades por encima de las 100.000 rpm, por tanto, hay que tener muy en cuenta el sistema de engrase de los cojinetes donde apoya el eje común de los rodetes de la turbina y el compresor. También hay que saber que las temperaturas a las que se va ha estar sometido el turbo en su contacto con los gases de escape van a ser muy elevadas (alrededor de 750 ºC).

En los motores diésel el turbocompresor está más difundido debido a que un motor diésel trabaja con exceso de aire al no haber mariposa, por una parte; esto significa que a igual cilindrada unitaria e igual régimen motor (rpm) entra mucho más aire en un cilindro diésel.

En épocas recientes la sobre-alimentación en motores a gasolina se ha visto más difundida como una técnica para sacar provecho de los motores de baja cilindrada. Casi siempre es similar el funcionamiento que en los motores diésel, sin embargo aquí la sobre-alimentación juega un papel muy importante debido a que debe ser realizada de manera precisa. Estos motores pueden funcionar a mayor altitud sin tener una merma significativa de potencia.

En algunos países, la carga impositiva sobre los automóviles depende de la cilindrada del motor. Como un motor con turbocompresor tiene una mayor potencia máxima para una cilindrada dada, un modelo turbocargado pagaría menos impuestos que un motor no turbocargado de la misma potencia.

Ciclo Stirling

El ciclo Stirling es un ciclo termodinámico del motor Stirling que busca obtener el máximo rendimiento. Por ello, es semejante al ciclo de Carnot.

A diferencia de la máquina de Carnot, esta máquina está constituida por dos isotermas, dos isócoras y un sistema de regeneración entre las isócoras. Cabe recordar que la máquina de Carnot ideal logra la mayor eficiencia asociada a los dos focos térmicos de los que normalmente consta una máquina.

El ciclo Stirling ideal consiste de cuatro procesos termodinámicos que actúan sobre el fluido de trabajo:

• 1-2. Compresión isotérmica del gas a la temperatura inferior. Durante este proceso se cede al exterior una cantidad de calor a la fuente fría.
• 2-3. Absorción de calor a volumen constante. El gas absorbe del regenerador una cantidad de calor Qr y aumenta su temperatura, lo que provoca un aumento de presión.
• 3-4. Expansión isoterma del gas a alta temperatura. Durante este proceso se absorbe calor de la fuente caliente.
• 4-1. Cesión de una cantidad de calor Qr al regenerador a volumen constante, disminuyendo la temperatura del fluido.

Lo que hace especial al ciclo de Stirling (y al de Ericsson, que es análogo pero con procesos isóbaros en lugar de isócoros) es la presencia de un intercambiador de calor. En el enfriamiento del gas, se pasa de la temperatura T₂ a T₁ liberando calor. En el calentamiento, se pasa de T₁ a T₂, absorbiendo calor. Puesto que se pasa por las mismas temperaturas es (teóricamente) posible aprovechar el calor liberado al enfriarse sin violar el segundo principio de la termodinámica: el calor que se va liberando gradualmente en un punto del enfriamiento se cede al punto a la misma temperatura en el calentamiento. Puesto que ambos puntos se encuentran a la misma temperatura el proceso es reversible.

Ciclo Atkinson

El motor de ciclo atkinson es uno motor de combustión interna inventado por James Atkinson en 1882, este ciclo fue diseñado para ofrecer mayor eficiencia a costa de la potencia. En la actualidad este tipo de motor esta siendo utilizado en vehículos híbridos.

El ciclo Atkinson es eficiente, ya que consigue relaciones más altas de compresión. La gasolina, cuando se encuentra muy comprimida tiende a detonar antes, lo cual no interesa. Pero si se logra una alta relación de compresión, el rendimiento termodinámico es superior. Los motores con altas compresiones necesitan gasolina de mayor octanaje, por eso Atkinson trato de encontrar una manera de que la gasolina de alto octanaje no detonase antes de tiempo, esto lo consigue retrasando el cierre de las válvulas de admisión, permitiendo un pequeño reflujo de gases que vuelve al colector de admisión mientras asciende el pistón, permitiendo una relación de compresión superior, este motor podría ser considerado de 5 tiempos.

Dicho de otra manera, la carrera de compresión dura menos que la carrera de expansión. Todo esto nos sirve para aprovechar mejor la energía liberada durante la explosión de la gasolina.

Como hay una menor mezcla en el cilindro, la potencia es inferior al de un motor Otto de la misma cilindrada, pero la eficiencia termodinámica del Atkinson es más alta, por lo que gastan menos.

Estos motores con déficit de potencia pueden ser combinados con un motor eléctrico que compense esta falta, con lo que obtenemos una potencia decente con un consumo muy bajo.

Se produce un mayor aporte de calor a volumen constante en Q_p y otro en Q_p‘, mientras que el calor residual cedido por los gases de escape se descompone en Q_o y Q_o‘

Algunos de los coches que utilizan este sistema en la actualidad son: toyota Prius II y III, y el Ford Escape Hybrid.

Motor de 4 tiempos

Los motores de 4 tiempos son los más populares de la actualidad, casi en cualquier tipo de vehículo, y entre las motos se han terminado imponiendo a los motores de 2 tiempos casi en todas las disciplinas al ser más limpios y menos contaminantes.

Para entender cómo es posible que una mezcla de gasolina y aire se convierta en movimiento te explicamos uno a uno cada uno de los 4 tiempos de este tipo de motor de combustión.

El primer movimiento es el de admisión donde el combustible entra a la cámara de conmbustión del cilindro, el pistón baja del punto superior del cilindro al inferior, mientras que la válvula (o válvulas) de admisión se abre y deja entrar esa mezcla de gasolina y aire al interior del cilindro, para cerrarse posteriormente.

El segundo movimiento se denomina compresión. Con el pistón en su posición más baja y la cámara de combustión llena de gasolina y aire, la válvula de admisión se cierra y deja la cámara cerrada herméticamente. La inercia del cigüeñal al que está unida la biela del pistón hará que el pistón vuelva a subir y comprima así la mezcla. Al reducirse el espacio, las moléculas chocan entre sí aumentando la temperatura de la mezcla.

La combustión es el tercer movimiento o tiempo. Donde el pistón en su posición más alta y comprimiendo la mezcla de gasolina y aire, es cuando entra en acción la bujía.Es en este preciso momento, con la mezcla comprimida y a una alta temperatura, cuando la bujía genera una chispa que hace explotar violentamente esa mezcla. La combustión hace empujar el pistón hacia abajo con fuerza y la biela y el cigüeñal se encargan de convertir ese movimiento lineal del pistón, de arriba a abajo, en un movimiento giratorio.

El 4º tiempo es el escape donde el pistón se encuentra en su parte más baja de nuevo y con la cámara de combustión llena de gases quemados productos de la combustión de la gasolina y el aire.

Motor diesel

Es un motor térmico de combustión interna, se enciende por la temperatura elevada producto de la compresión del aire en el interior del cilindro.

Fue inventado por el ingeniero aleman Rudolf Diesel en 1892. El motor de gasolina al principio tenía muy poca eficiencia, asi que Rudolf estudió las razones y desarrolló el motor  diesel cuya eficiencia es bastante mayor.

La eficiencia depende de la presion inicial y final de la fase de compresión llegando a superar el 40%.

Los motores diésel de dos tiempos son más lentos, con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto, mientras que los motores de cuatro tiempos  tienen velocidades de hasta 2500  y 5000 revoluciones.

Se diferencia el ciclo diésel con el ciclo Otto en la combustión, en uno tiene lugar a volumen constante (ciclo otto)  y en el otro se produce a presión constante (ciclo diésel).

El motor 2 tiempos

El motor de 2 tiempos es, junto al motor de 4 tiempos, un motor de combustión interna con un ciclo de cuatro fases: de admisión, compresión, combustión y escape, pero realizadas todas ellas en sólo dos movimientos del pistón (una carrera de subida y bajada).

En un motor 2 tiempos se produce una explosión por cada vuelta de cigüeñal mientras que en un motor 4 tiempos se produce una explosión por cada dos vueltas de cigüeñal, lo que significa que a misma cilindrada se genera mayor potencia, pero también un mayor consumo de combustible. Se denomina de dos tiempos por las fases en las que realiza el ciclo:

• Primer tiempo: Compresión y Admisión: El pistón ascendente comprime la mezcla de combustible y aceite en el cilindro y simultáneamente crea un vacío en el cárter que el final de la carrera del pistón, este deja libre la entrada de mezcla o lumbrera de admisión que llena el cárter con mezcla carburada.

• Segundo tiempo: Explosión y Escape: Mediante una chispa provocada por la bujía se incendia la mezcla comprimida, creando una explosión que empuja el pistón con gran fuerza. En el cárter la mezcla es pre comprimida por el pistón descendente, en el momento preciso el pistón deja libre de canal de escape o lumbrera de escape en el cilindro por donde salen los gases de escape de este y poco después la lumbrera de carga que conecta el cárter con el cilindro, por lo que la mezcla pre comprimida pasa por este llenando el cilindro y expulsando los últimos resto de los gases de escape quedando preparado el cilindro para un nuevo ciclo.

Estos motores no vivieron su época dorada hasta los años sesenta cuando se perfeccionó su ciclo incorporando unos escapes que aspiran los gases quemados del cilindro (resonadores o tubarros) o unas válvulas que controlan los tiempos de admisión al cárter.