Fundamentos de la Ingeniería Mecánica: El Motor y el Ciclo de Cuatro Tiempos

Definición y Clasificación de Motores

Un motor es toda máquina que transforma cualquier tipo de energía en energía mecánica.

Clasificación de Motores

Los motores se pueden clasificar en tres grandes grupos según la fuente de energía que utilizan:

• Motores que utilizan la energía de un fluido:
  • Eólicos: Emplean la energía del viento.
  • Hidráulicos: Utilizan la energía de una masa de agua que se desplaza a cierta velocidad.
  • De aire comprimido: Usan la energía del aire a presión.
  • Térmicos: Utilizan la energía calorífica.
• Motores que utilizan la energía de un sólido: Aprovechan la energía potencial de este para producir trabajo (ejemplo: el volante de inercia).
• Motores que usan formas especiales de energía: (ejemplo: motores eléctricos).

Características Generales del Motor

Las principales características técnicas que definen el rendimiento y operación de un motor son:

1. Rendimiento: Es el cociente entre la potencia útil y la potencia aportada.
2. Velocidad de Giro: Representa el número de revoluciones por minuto (RPM), siendo esta la velocidad normal.
3. Potencia: Indica el trabajo que el motor es capaz de ejecutar en la unidad de tiempo a una determinada velocidad de giro (medida en CV o kW).
4. Par Motor: Representa el momento de rotación que actúa sobre el eje del motor y que determina su giro (medido en kgm o Nm). Se subdivide en:
   • Par de Arranque: Es el necesario para que el motor inicie su giro desde el reposo. Debe ser suficiente para vencer los rozamientos y la inercia.
   • Par de Aceleración: Actúa sobre el motor desde el instante del arranque hasta que alcanza la velocidad nominal.
   • Par Nominal: Actúa sobre el motor una vez que este ha alcanzado su velocidad normal.

Funcionamiento del Motor de Cuatro Tiempos (4T)

El ciclo de cuatro tiempos describe el proceso completo de combustión interna, donde el pistón se desplaza entre el Punto Muerto Superior (PMS) y el Punto Muerto Inferior (PMI).

1. Admisión

El pistón desciende desde el PMS, arrastrado por el movimiento del cigüeñal. Como consecuencia, el interior del cilindro se llena con la mezcla de combustible y aire a través de la válvula de admisión. Cuando llega al PMI, concluye la primera carrera y el cigüeñal ha girado 180º. La válvula de admisión se cierra.

2. Compresión

El pistón asciende del PMI al PMS. Las dos válvulas están cerradas y se comprime la mezcla. Cuando el pistón está en el PMS, el cigüeñal ha girado 180º más, finalizando la segunda carrera.

3. Expansión (o Explosión)

Cuando salta la chispa procedente de la bujía, la mezcla se inflama. El pistón es desplazado bruscamente hacia el PMI (válvulas cerradas) por efecto de la presión. Los gases se expanden y el movimiento del pistón arrastra al cigüeñal, que es quien realiza el trabajo útil. (PMI - 180º - fin tercera carrera).

4. Escape

El pistón se desplaza del PMI al PMS, arrastrado por el movimiento del cigüeñal. La válvula de escape, que permanece abierta, permite la salida de los gases quemados. (PMS - 180º - fin cuarta carrera). La válvula de escape se cierra, iniciando un nuevo ciclo.