Gargajo 1

1º) Maquinas Térmicas

Aquella que tiene por misión transformar la energía calorífica energía mecánica directamente utilizable.

La energía calorífica puede provenir de diferentes combustibles primarios, sólidos, líquidos y gaseosos.

El trabajo útil es ejecutado por órganos en movimiento alternativo, por rotores en movimiento rotativo o también directamente por el empuje realizado por un chorro de gas. En consecuencia las maquinas térmicas se pueden clasificar en:

Alternativas

Rotativas

De chorro

Las maquinas térmicas también se pueden clasificar en:

Combustión Interna

Combustión Externa

En las primeras la aportación de calor al fluido operante se realiza efectuando la combustión en el seno del mismo fluido. A este grupo pertenecen los motores de combustión interna (movimiento alternativo) y las turbinas de gas (movimiento rotativo).

En las de combustión externa, esta se realiza fuera del fluido operante al que se transmite el calor, producido en una caldera o generador, a través de una superficie de separación. A este grupo pertenecen las maquinas de vapor (alternativas), turbinas de vapor (rotativas) y las turbinas de ciclo cerrado (rotativas).

2º) Partes de los motores:

El cilindro, como su nombre indica, es un recipiente o contenedor de forma cilíndrica en cuyo interior se mueve el pistón con un movimiento rectilíneo alternativo. El cilindro a su vez forma parte de la bancada que podemos considerar como la estructura fundamental del motor. En muchos casos el bloque está separado de la bancada, a la que se une mediante pernos.

La parte superior del cilindro, está cerrada por la  culata. El volumen comprendido en el cilindro entre la culata y el pistón en su PMS es la cámara de combustión, en la que se quema el combustible o la mezcla.

El pistón o embolo, provisto de aros de compresión que impiden el escape de los gases entre pistón y cilindro, trasmite el empuje del gas a través del bulón del pistón (motores de tronco), o bien a través del vástago y cruceta (motores de cruceta), a la biela, esta junto a la manivela del cigüeñal, transforma el movimiento alternativo del embolo en movimiento circular continuo del eje del cigüeñal, apoyado en los correspondientes cojinetes montados sobre la bancada.

El pistón cumple la función de pared móvil de la cámara de combustión, transmite a la biela la fuerza motriz generada por la presión del gas.

Debe resistir eficazmente la carga a las altas temperaturas a que está sometido, transmitir el calor a las paredes del cilindro, que a su vez los transmiten al agua de refrigeración y resistir el desgaste contra las paredes del cilindro.

Los pistones tipo buzo pueden ser de una sola pieza o de dos (cabeza y faldilla). La cabeza del pistón es la que soporta directamente el empuje del gas y la faldilla es la que sirve de patín de guía al pie de la biela y soporta el empuje lateral. La articulación entre el pistón y la biela se obtiene mediante el bulón que atraviesa a ambas piezas. El pistón en la cabeza lleva practicadas las cajeras para el alojamiento de los aros de compresión y para los empleados en motores diesel rápidos o de media velocidad, la faldilla suele llevar uno o varios aros rascadores. Para que el pistón pueda cumplir su trabajo es necesario que la temperatura del mismo no supere ciertos valores que depende también del material del cual está construido.

Los pistones con cruceta, al no tener que desempeñar el cometido de patín por no soportar esfuerzos laterales, en ellos, la misión de la cabeza es hacer estanca la cámara de combustión y transmitir  la fuerza al vástago. La faldilla queda reducida a lo estrictamente necesario principalmente en los motores de 2t ya que en estos tiene que realizar la función de distribuidor en la apertura y cierre de las galerías de admisión y/ o escape. A partir de unas dimensiones, se utiliza la refrigeración del pistón.

Aros del pistón: Los aros elásticos o de expansión, colocados en las cajeras practicadas en la superficie externa del pistón, tienen la misión de asegurar la estanqueidad a la presión del gas hacia el cárter y de impedir que el aceite lubricante pase en cantidad excesiva a la cámara de combustión, dejando sin embargo filtrar la cantidad necesaria para la lubricación. 

De acuerdo con la finalidad a cubrir, los aros se dividen en tres tipos principales; aros de compresión, aros rascadores de aceite y aros recogedores de aceite.

Los aros de compresión tienen una sección rectangular o trapezoidal y se colocan en la ranura más próxima a la cámara de combustión, los rascadores tienen generalmente una sección en forma de uña y se colocan por debajo de los de compresión con objeto de rascar el aceite de la superficie del cilindro y los aros recogedores de aceite están colocados en parte más baja, generalmente en la faldilla en cajeras que tienen adecuados orificios superficiales en el pistón para llevar el aceite de nuevo al cárter, estos tienen un perfil en C y están provistos de acanaladuras para dar paso al aceite recogido.

Bielas: La biela es el órgano intermedio entre el pistón o la cruceta y el eje del cigüeñal, esta se encuentra sometida a una fuerza de compresión consecuencia de la presión del gas y a una fuerza de tracción causada por las fuerzas alternativas de inercia. En los motores de tronco, la biela va unida por el pie que abraza al bulón del pistón y por la cabeza que abraza la muñequilla del cigüeñal.

Cigüeñales: El eje de cigüeñales es sin duda la pieza más importante del motor y la que sufre mayores esfuerzos, no solamente por la transmisión de la potencia y los consiguientes rozamientos, sino también por las vibraciones.

Válvulas: A través de las válvulas y conductos de evacuación o escape, se descargan al exterior los gases de la combustión.

El colector, conductos y válvulas de admisión son los elementos por los que se admiten el comburente (motores diesel) o la mezcla (motores de explosión).

Ambas válvulas de admisión y escape están controladas por los órganos de la distribución.

El eje o los ejes de distribución, también llamados ejes de levas o camones, son accionados por el eje de cigüeñal, bien sea través de un sistema de ruedas dentadas, o por una cadena con sus correspondientes piñones. Los camones o levas montados sobre el eje actúan a través de los taques, empujadores y balancines, para transmitir el movimiento a las válvulas según la ley definida por el perfil del correspondiente camón. Las válvulas se mantienen cerradas sobre sus correspondientes asientos por la acción de un resorte.

3º) Motores de combustión externa

En estos motores, la combustión se verifica fuera del fluido operante, al que se le transmite el calor.

Motores de combustión interna

Los motores de combustión interna son también llamados endotérmicos, en estos la combustión se verifica en el fluido operante el cual está por tanto, inicialmente compuesto por una mezcla de combustible y comburente. El comburente que suministra el oxigeno necesario para la combustión está constituido por aire. El aire entra en el motor, recibe el calor desarrollado alcanzando una temperatura elevada y después sale al exterior como parte de los gases de escape a temperatura más baja.

La transformación de la energía química del combustible en energía calorífica en el interior del cilindro, produce un aumento de la temperatura que una vez haya desarrollado el trabajo sale al exterior como parte de los gases de escape a temperatura más baja. El trabajo producido durante este trayecto a través del motor es aproximadamente proporcional a la diferencia entre la temperatura alcanzada en la combustión y la correspondiente al escape.

4º) Motor Diesel

Motor diesel o de encendido por compresión, en los cilindros de estos motores solo se comprime aire puro. El combustible se enciende por la temperatura alcanzada por el aire en el proceso de compresión. Casi al final de la compresión se inyecta en el cilindro el combustible, convenientemente pulverizado, acompañado unas veces del aire de soplado (motores de soplado), y otras sin aire (motores de inyección directa). La combustión no es instantánea sino gradual, es decir, que a medida que van ingresando las partículas combustibles, van entrando en combustión.

Motor de explosión

En el motor explosión o de encendido por chispa se comprime moderadamente en el cilindro una mezcla de aire y del combustible que se utilice, previamente pulverizado o gasificado. Luego se inflama esta mezcla con el auxilio de una chispa eléctrica o mediante una pieza instalada en la cámara de compresión, que se pone incandescente en el momento preciso. Esto determina una explosión en la masa de combustible gaseosa comprimida, de ahí le viene el nombre. La combustión de los gases se produce casi instantáneamente, por lo que a estos motores también se les da el nombre de motores de combustión a volumen constante.

Principales diferencias entre los motores de explosión y diesel

Si por sus ciclos teóricos, con una combustión a volumen constante el de explosión y a presión constante el Diesel. Independientemente de ello se diferencian en:

Introducción del combustible: En los motores de explosión, el aire y el combustible se introducen en la cámara de combustión conjuntamente en forma de mezcla gasificada a través del carburador. En los motores diesel, solo se introduce en el cilindro durante la fase de aspiración el aire sin mezclar con el combustible. Posteriormente una vez comprimido el aire se introduce el combustible pulverizado a través del inyector, efectuándose la mezcla con el aire dentro de la cámara de combustión. Forma de iniciar la combustión. En el motor de explosión se requiere de un sistema d encendido capaz de generar una chispa en la cámara de combustión para que se inicie el encendido. En el motor diesel, se utiliza la elevada temperatura y presión obtenidas al comprimir el aire para producir la combustión del combustible pulverizado.

Relación de compresión. El valor de la relación de compresión en los motores de explosión varía de 6 a 10 por término medio, mientras que en los diesel oscila entre 14 y 22.

Combustible utilizado. Los motores de explosión utilizan combustibles hidrocarburos ligeros (gasolinas) de elevado poder calorífico y que se evaporen fácilmente, también pueden emplearse combustibles gaseosos o gases licuados. Los motores diesel utilizan hidrocarburos líquidos (diesel-oil, gas-oil, fuel-oil) de características inferiores, menos volátiles y con peso especifico superior, por lo que se denominan combustibles pesados.

Ciclo operativo. El motor de explosión funciona generalmente sobre el ciclo operativo de 4t. El motor diesel por el contrario, funciona indistintamente con los ciclos de 2t y 4t.

 

5º) Fases del ciclo de trabajo

Ciclo de trabajo: sucesión de operaciones que el fluido activo ejecuta en el cilindro y repite de forma periódica. La duración del ciclo se mide por el número de carreras efectuadas por  el pistón para completarlo.

Todos los motores realizan las siguientes fases:

-Aspiración o admisión

-Compresión

-Combustión y Expansión

-Exhaustación o Escape

En los motores de 2 tiempos todas estas fases se realizan en una sola vuelta del eje cigüeñal.

En los motores de 4 tiempos el cigüeñal da dos vueltas para realizar estas cuatro fases.

Ciclo de 4 tiempos

1º Tiempo (aspiración o admisión): El pistón en su carrera descendente desde el PMS al PMI crea una depresión, aspirando el fluido en el cilindro. En la cámara de combustión se abre la válvula de aspiración para permitir la entrada de aire o mezcla gaseosa combustible.

2º Tiempo (compresión): En la carrera de retorno del PMI al PMS, con las válvulas de admisión y escape cerradas, la carga es comprimida en la cámara de combustión hasta alcanzar un valor máximo al final de la misma, quedando el volumen reducido a la cámara de combustión.

3º Tiempo (combustión y expansión): se produce la inyección del combustible pulverizado (motor diesel), o se produce la chispa en la bujía (motor de explosión), que originan la combustión. El aumento de presión actúa sobre el pistón moviéndolo hacia su PMI, disminuyendo la presión a medida que aumenta el volumen.

4º Tiempo (exhaustación o escape): Durante la siguiente carrera de retorno hacia el PMS, el pistón empuja y expulsa los gases a través de la válvula de escape.

Al final de la carrera, o poco después, se cierra la válvula de escape y se abre la de aspiración, y comienza un nuevo ciclo que se repite con regularidad.

Ciclo de 2 tiempos

El ciclo de 2t se realiza como dijimos en dos carreras, una vuelta del eje, por lo que la aspiración debe efectuarse durante una fracción de la carrera de compresión y el escape, durante una fracción de la carrera de expansión o de trabajo.

Para que lo anterior se produzca, es necesario que el fluido se comprima previamente para que así pueda penetrar en el cilindro venciendo la contrapresión existente en el mismo.

Este efecto se consigue mediante un compresor independiente, accionado por el propio motor o bien, actuando la parte inferior del carter como compresor en el sistema llamado de barrido por el carter.

1º Tiempo (combustión y escape): se inicia en el PMS, con el encendido y la combustión dando paso a la expansión hasta que el pistón en su carrera descendente, descubre las lumbreras de exhaustacion o abre la válvula de escape.

En este punto los gases a causa de su presión todavía elevada se precipitan a salir por la galería de escape. Inmediatamente después se abren las lumbreras de aspiración y el fluido activo es empujado por la presión de barrido hacia el escape.

Se inicia así la fase de barrido y admisión durante el resto de la carrera.

2º Tiempo (aspiración y compresión): Corresponde a la carrera de retorno del PMI al PMS. La primera parte está dedicada todavía a la fase de barrido y admisión pero la segunda parte a la fase de compresión.

6º)Misión del árbol de distribución o árbol de levas en los MCI.

El eje o los ejes de distribución, también llamados ejes de levas o camones, son accionados por el eje de cigüeñal, bien sea través de un sistema de ruedas dentadas, o por una cadena con sus correspondientes piñones. Los camones o levas montados sobre el eje actúan a través de los taques, empujadores y balancines, para transmitir el movimiento a las válvulas según la ley definida por el perfil del correspondiente camón. Las válvulas se mantienen cerradas sobre sus correspondientes asientos por la acción de un resorte.

7º)Relación de compresión, definición y aplicación en los motores de explosión y diesel.

Es la relación entre el volumen total del cilindro y el de la cámara de combustión.

El valor de la relación de compresión en los motores de explosión varia de 6 a 10 por término medio, mientras que en los diesel oscila entre 14 y 22.En los primeros, el límite superior de esta relación de compresión la determina la calidad antidetonante del combustible y para los diesel lo determina sobre todo el peso de la estructura del motor, que aumenta al crecer tal relación.

8º)Clasificación de los MCI según la disposición del pistón y del tren alternativo. Explicar la diferencia.

Se clasifican en motores de tronco y cruceta.

Una cruceta es un mecanismo utilizado en los grandes motores para eliminar la presión lateral sobre el pistón. Un vástago está conectado al pistón y lo vincula con la cruceta permitiéndole solo moverse en la dirección de la carrera del pistón. La cruceta también alberga al bulón. De forma que los esfuerzos solo se aplican a la cruceta y sus rodamientos y no al pistón

9º)Descripción del funcionamiento de una válvula de aspiración en un MCI.

El balancín es accionado por una varilla de empuje movida por el árbol de levas. El balancín empuja hacia abajo las válvulas de admisión y escape para obligarlas a que se abran. El movimiento alternativo o de vaivén de los balancines está perfectamente sincronizado con los tiempos del motor.

El muelle de válvula se encarga de mantener cerradas las válvulas de admisión y escape. Cuando el balancín empuja una de esas válvulas para abrirla, el muelle, que posee cada de ellas, las obliga a regresar de nuevo a su posición normal (cerrada) a partir del momento que cesa la acción de empuje de los balancines.

La misión de la válvula de escape es permitir la expulsión al medio ambiente de los gases de escape que se generan dentro del cilindro del motor después que se quema la mezcla en la explosión.

La válvula de admisión Se abre en el momento adecuado para permitir que la mezcla procedente del carburador, penetre en la cámara de combustión del motor para que se efectúe el tiempo de admisión.

10º) Motor de explosión

11º) Motor de compresion