01 - Introduccion Al Estudio de Los Motores Alternativos

 

INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE  LOS MOTORES ALTERNATIVOS 

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ÍNDICE   ÍNDICE Pag.  Pag.  INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………………………………………………….  

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CAPITULO 1.  CAPITULO  1. Los Los  motores motores  de de  combustión………………………………………………………………………………  

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1.1‐ 1.1‐  Conceptos Conceptos  Fundamentales…………………………………………………………………………………………………………  

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1.2‐ 1.2‐  Esquema Esquema  y nomenclatura…………………………………………………………………………………………………………..  

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1.3‐ 1.3‐  Ciclos Ciclos  operativos: operativos:  De  De 4 y de de  2 tiempos…………………………………………………………………………………………  

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1.4‐ 1.4‐  Clasificación Clasificación  de de  los los  motores motores  alternativos…………………………………………………………………………………….  

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1.5‐ 1.5‐  El  El motor motor  de de  encendido encendido  por por  chispa……………………………………………………………………………………………….  

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1.6‐ 1.6‐  El  El motor motor  de de  encendido encendido  por por  compresión………………………………………………………………………………………  

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1.7‐ 1.7‐  Diferencias Diferencias  principales principales  entre entre  los los  motores motores  de de  encendido encendido  por por  chispa chispa  y encendido encendido  por por  compresión… compresión…  

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CAPÍTULO 2.  CAPÍTULO  2. Propiedades Propiedades  de de  los los  motores motores  endotérmicos………………………………………………………..  

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2.1‐ 2.1‐ Velocidad  Velocidad y carga carga  del del  motor motor  alternativo……………………………………………………………………………………..  

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2.2‐ 2.2‐ Descomposición Descomposición  de de  Fuerzas Fuerzas  para para  el el  Cálculo Cálculo  de de  Momentos Momentos  de de  un un  Sistema Sistema  Biela Biela  Manivela……………. Manivela…………….  

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2.3‐ 2.3‐ Concepto  Concepto de de  estabilidad estabilidad  de de  funcionamiento funcionamiento  de de  motores motores  endotérmicos endotérmicos  en en  función función  del del  análisis análisis  de de   las  las curvas curvas  de de  Torque Torque  y Potencia………………………………………………………………………………………………….  

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2.4‐ 2.4‐ Comparación Comparación  de de  un un  motor motor  endotérmico endotérmico  con con  un un  motor motor  eléctrico eléctrico  trifásico trifásico  de de  inducción inducción  inverter…… inverter……  

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CONCLUSIÓN…………………………………………………………………………………………………………………………  

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BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………………………………………….  

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Introducción.   Introducción. El  presente  texto  tiene  como  objetivo  proporcionar  un  conocimiento  básico  de  los  motores  alternativos  (a  pistones) de combustión interna. Los motores térmicos son máquinas que tienen por objeto transformar la energía  calorífica  de  la  combustión  de  combustibles  líquidos  o  gaseosos  en  energía  mecánica  directamente  utilizable.  Se  puede, por tanto, decir que los motores endotérmicos transforman en energía mecánica, esto es, en trabajo útil, la  energía química del combustible.  A lo largo de este documento se verá cómo se clasifican, cuáles son los principios de funcionamiento de los  distintos tipos de motores de encendido por chispa (Nafteros) y por compresión (Diesel) y de dos Tiempos (Pistón  doble  efecto)  o  cuatro  Tiempos  (Pistón  Simple  efecto).  Se  explicará  cuáles  son  las  diferencias  constructivas  y  de  principio de funcionamiento entre los motores diesel y nafteros. Luego, se verá cómo se descompones las fuerzas  para  la  obtención  del  par  motor  en  un  sistema  biela  –  manivela  (Pistón  –  Perno  de  Pistón  –  Biela  –  Cigüeñal).  Posteriormente, se expondrá cómo se obtiene las curvas de potencia y par motor y de cómo se logra la estabilidad  de funcionamiento de los mismos. Por último, se realizará una comparación entre las curvas de par de los motores  endotérmicos y los motores eléctricos de inducción.  En  el  primer  capítulo  se  analizarán  los  conceptos  fundamentales  que  diferencian  los  distintos  tipos  de  motores  que  existen,  que  es  el  fluido  activo  de  un  motor  y  cuál  es  la  diferencia  entre  un  motor  exotérmico  (de  combustión externa) y endotérmico (de combustión interna). Posteriormente, se representa en forma esquemática  un  corte  transversal  de  un  motor  alternativo  de  combustión  interna  de  encendido  por  chispa,  donde  las  partes  principales  son  comunes  a  los  dos  tipos  de  motores  de  encendido  por  chispa  y  encendido  por  compresión.  El  esquema  sirve  para  indicar  la  nomenclatura  cuyo  conocimiento  es  necesario  para  tratar  esta  materia.  Se  dará  la  terminología universalmente usada hoy para indicar algunas dimensiones y valores fundamentales de los motores  endotérmicos.  Seguidamente, se explica cómo se distribuyen las fases de admisión, compresión, combustión  –  – expansión y  escape de  los motores endotérmicos en los ciclos operativos de dos  tiempos y cuatro tiempos. Se verá que en  los  motores de dos tiempos el  ciclo operativo  se realiza  en  una sola vuelta del  cigüeñal y  en  los  de  cuatro tiempos  se  realiza  en  dos  vueltas  del  eje.  Posteriormente,  se  clasificarán  de  varios  modos  los  motores,  según  distintas  bases  que  se  tomarán  para  esta  finalidad  a  saber:  según  el  tipo  de  encendido  del  combustible,  de  refrigeración,  ciclo  operativo, etc.…  A  continuación,  se  verán  cuáles  son  las  características  y  uso  de  los  motores  de  encendido  por  chispa  y  por  compresión  respectivamente.  Se  explicarán  cuáles  son  las  diferencias  principales  constructivas  y  de  principios  de  funcionamiento entre los motores de encendido por chispa (EB) y los de encendido por compresión (EC).  En  el  segundo  capítulo  se  verá,  cómo  se  relaciona  la  carga  aplicada  al  motor,  la  cual  consiste  en  un  torque  aplicado al eje, llamado par resistente y opuesto al par motor, respecto de la velocidad de rotación del eje cigüeñal  en función de la posición del pedal del acelerador. Posteriormente, se analizará cómo se descomponen la Fuerzas  sobre  el  pistón  en  un  sistema  biela  manivela  para  luego  poder  calcular  el  momento  torsor  sobre  el  eje  cigüeñal.  Posteriormente,  se  graficará  la  curva  de  momento  instantáneo  que  se  produce  en  el  eje  para  poder  calcular  el  volante de inercia que necesita el motor.  Finalmente,  se  analizará  en  qué  condiciones  de  funcionamiento  los  motores  endotérmicos  son  estables  o  inestables en función del análisis de las curvas de Torque y Potencia. Luego, se compararán estas curvas con las de  un motor eléctrico trifásico de inducción donde quedará demostrada la superioridad de los mismos respecto de los  endotérmicos. 

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Capítulo 1  Los motores de combustión.  1.1‐  Conceptos fundamentales. 

En  este  capítulo  se  verán  los  conceptos  fundamentales  que  diferencian  los  distintos  tipos  de  motores  que  existen,  qué  es  el  fluido  activo  de  un  motor  y  cuál  es  la  diferencia  entre  un  motor  exotérmico  (de  combustión  externa)  y  endotérmico  (de  combustión  interna).  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, los motores se clasifican en alternativos, rotativos (incluidas las turbinas de avión) y de chorro  (cohete).  El movimiento de los órganos que componen los motores alternativos y rotativos es generado por un agente  que se llama fluido operante o activo. En el caso de los motores de chorro, el fluido operante genera directamente  el empuje necesario para el movimiento del vehículo que transporta el motor. El gas realiza el trabajo a merced de  las  variaciones  de  presión  y  de  volumen  consiguientes  a  la  introducción  del  calor  obtenido  por  medio  de  la  combustión del combustible. El fluido activo funciona también como vehículo del calor, puesto que lo introduce en  el motor en ciertos puntos del ciclo operativo y lo descarga en otros.  Los  motores  térmicos  son  de  combustión  externa,  cuando  ésta  se  verifica  fuera  del  fluido  activo.  Se  denominan  de  combustión  interna  o,  más  brevemente,  endotérmicos,  cuando  el  combustible  es  quemado  en  el  mismo fluido, de manera que vienen también a ser parte de éste los productos de la quema. En otros términos, son  de  combustión  externa  los  motores  en  los  cuales  el  calor  es  transmitido  al  fluido  a  través  de  las  paredes  de  una  caldera  (máquina  de  vapor),  o  de  otros  tipos  de  intercambiadores  (turbina  de  gas  de  ciclo  cerrado)  (fig.  1).  Son  endotérmicos  los  motores  en  los  cuales  la  combustión  se  verifica  en  el  fluido  operante,  el  cual  está,  por  tanto,  inicialmente  constituido  por  una  mezcla  de  combustible  y  comburente,  que  experimenta  después  una  serie  de  transformaciones, a consecuencia de la reacción de la combustión (figura 2). 

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El  comburente, que suministra el oxígeno necesario  para  la  combustión,  está  constituido, para los motores  que  deben funcionar dentro de  la atmósfera terrestre, por aire de la misma atmósfera. El  mismo, tiene la ventaja  de  no  costar  nada.  Para  los  motores  de  vehículos  espaciales,  el  comburente  es  un  producto  químico  que,  aparte  del inconveniente  del  costo, presenta, además, el de  tener  que ser transportado por el mismo  vehículo  junto  con  el combustible.  Como este texto está dedicado a los motores terrestres, con la denominación de fluido fluido  activo se entenderá  siempre, salvo aviso contrario, una mezcla de aire combustible. El aire que entra, por tanto, en el motor, participa  como comburente en la combustión, recibe el calor desarrollado alcanzando una temperatura elevada y, después,  como parte de los gases de escape, se descarga al exterior 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.  Los  motores  endotérmicos  terrestres  (o  atmosféricos)  utilizan  exclusivamente  combustibles  líquidos  o  gaseosos,  y  a  éstos  nos  referiremos con el término genérico de combustibles en el transcurso de este texto. Los mismos se dividen en dos  grandes clases fundamentales, según cómo se produzca la combustión, a saber: motores de encendido por chispa  (en adelante EB) EB) y motores de encendido por compresión (en adelante EC). EC).  1.2‐ 1.2‐  Esquema Esquema  y nomenclatura. nomenclatura.   En  este  apartado,  se  representa  en  forma  esquemática,  un  corte  transversal  de  un  motor  alternativo  de   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

combustión interna de encendido por chispa, donde las partes principales son comunes a los dos tipos de motores de  encendido  por  chispa  (EB)  y  compresión  (EC) (EC)..  Se  verá  la  terminología  universalmente  usada  hoy  para  indicar  algunas dimensiones y valores fundamentales de los motores endotérmicos. La figura 3 representa, en forma muy  esquemática,  la  sección  transversal  de  un  motor  endotérmico  alternativo  de  EB.  En  dicha  imagen,  las  partes  principales son comunes a los dos tipos de motores de EB y EC, el esquema sirve para indicar la nomenclatura cuyo  conocimiento es necesario para tratar esta materia.  El  cilindro cilindro,,  como  indica  el  vocablo,  es  el  contenedor  de  forma  cilíndrica  en  el  cual  se  mueve  el  pistón  con  movimiento  rectilíneo  alternativo.  El  cilindro  es  parte  del  bloque bloque   de de   cilindro  o  monobloque monobloque,,  como  se  llamaba  antiguamente. Este, a su vez, forma parte de la bancada bancada,, que podemos considerar como la estructura fundamental  del  motor.  En  muchos  casos,  el  bloque  de  cilindros  está  separado  de  la  bancada,  a  la  cual  va  unido  por  medio  de  bulones. La parte superior del cilindro está cerrada por la culata culata  (tapa (tapa  de de  cilindros) cilindros).. El volumen comprendido en el  cilindro  entre  la  culata  y  el  pistón  representa  la  cámara cámara   de de   combustión combustión,,  en  la  cual  se  quema  la  mezcla  de  aire  y  combustible, es decir, el fluido activo.  En el motor de EB, antiguamente, esta mezcla se formaba en el carburador y entraba en el cilindro a través  del  conducto  (o  múltiple) y  de  la válvula válvula  de de  aspiración aspiración.. La  válvula  de mariposa del  carburador servía para  regular  la  cantidad  de  mezcla  entrante.  Hoy  en  día,  la  cantidad  de  combustible  de  la  mezcla  se  regula  por  medio  de  un  inyector  electrónico,  ubicado  en  la  cámara  de  combustión,  si  el  motor  es  de  inyección  directa  o  ubicado  sobre  el  conducto de admisión cerca de la culata, si el motor es de inyección convencional. La cantidad de aire de la mezcla  carburada  se  regula  por  medio  de  la  válvula  mariposa  ubicada  a  la  entrada  del  conducto  repartidor  de  aire  del  motor (múltiple de admisión).  En  el  motor  de  EC,  el  combustible  se  introduce  en  el  cilindro  por  medio  de  un  Inyector Inyector..  La  cantidad  de  combustible está regulada por la bomba bomba  de de  Inyección Inyección,, mientras que no hay ninguna regulación para la cantidad de  aire  que  entra  por  el  conducto  y  la  válvula  de  aspiración.  Como  la  combustión  es  consecuencia  de  la  alta  temperatura del aire, intensamente comprimido en el cilindro, no es necesaria la bujía.  En los motores de EB se inicia la combustión al saltar la chispa entre los electrodos de la bujía; en los motores  de EC,  con el encendido espontáneo del combustible  pulverizado  por el Inyector (en la  figura 3 puede imaginarse  Página 5 de 25 25   Ing. Ing.  Gabriel Gabriel  N. N.  Piacentini Piacentini  Tomassetti 

 

la  bujía  sustituida  por  el  inyector).  El  pistón  o  émbolo,  dotado  de  aros  de  compresión,  que  impiden  el escape  del  gas entre pistón y cilindro, transmite el empuje de dicho gas, a través del perno de pistón, a la biela, y de ésta, a la  manivela  del  eje  cigüeñal  o  árbol  motor.  La  biela  y  la  manivela  transforman  el  movimiento  lineal  alternativo  del  pistón en movimiento rotativo del eje cigüeñal que gira entre cojinetes de bancada, montados en ésta. 

Los conductos por los que se descargan al exterior los productos de la combustión son la válvula de escape  y el colector (o múltiple) de escape. Tanto la válvula de aspiración como la de escape están accionadas por órganos  llamados de distribución. Un eje de distribución o eje de camones (árbol de levas) es accionado por el eje cigüeñal  mediante  una  cadena  o  correa  dentada  o  por  engranajes.  Los  camones  montados  sobre  el  eje  actúan  sobre  una  serie de piezas, tales como los taqués (botadores), los empujadores (varillas) y los balancines, los cuales transmiten  el  movimiento  a  la  válvula  según  la  ley  definida  por  la  forma  del  correspondiente  camón  (leva).  La  válvula  es  mantenida en su asiento por la acción de su muelle (resorte de válvula).  No  todos  los  motores  corresponden  al  esquema  descrito,  pero  las  partes  esenciales,  así   como  el  funcionamiento, son  similares. Para  el estudio de los motores endotérmicos es  necesario conocer  la terminología  universalmente usada hoy para indicar algunas dimensiones y valores fundamentales (fig. 4).  Punto muerto superior (P.M.S.). Posición del pistón más próxima a la culata.  Punto muerto Inferior (P.M.I.). Posición del pistón más alejada de la culata.  Diámetro (en inglés: Bore). Diámetro interior del cilindro. Expresado generalmente en milímetros (mm). 

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Carrera (en inglés: Stroke). Comprende la distancia entre el P.M.S. y P.M.I., es igual, salvo raras excepciones, 

al doble del radio de la manivela del eje de cigüeñales. Se expresa generalmente en mm.  Volumen total del cilindro (V1). Es el espacio comprendido entre la culata y el pistón cuando éste se halla en 

el P.M.I. Viene expresado, por lo general, en cm3.  Volumen de la cámara de combustión (V2). Está comprendido entre la culata y el pistón cuando éste se halla 

en el P.M.S. Suele expresarse en cm3.  Volumen  desalojado  por  el  pistón  o  Cilindrada  (V1‐V2).  Es  el  generador  por  el  pistón  en  su  movimiento 

alternativo desde el P.M.S. hasta el P.M.I: Se expresa, por lo común, en cm3. 

Relación volumétrica de compresión (ρ). Se entiende por tal la que hay entre el volumen total del cilindro V1 

y  el  volumen  de  la  cámara  de  combustión  V2.  En  general,  para  abreviar,  es  llamado  simplemente  Relación  de  Compresión:  

 

 

1.3‐  Ciclos operativos: De 4 y de 2 tiempos. 

En esta sección, se explica cómo se distribuyen las fases de admisión, compresión, combustión  –– expansión  y escape de los motores endotérmicos en los ciclos operativos de dos tiempos y cuatro tiempos. Se verá que en los  motores de dos tiempos el ciclo  operativo se  realiza en  una  sola vuelta del  cigüeñal y  en los  de  cuatro tiempos  se  realiza en dos vueltas del eje.  Por ciclo operativo entendemos la sucesión de operaciones que el fluido activo ejecuta en el cilindro y repite  con ley periódica. La duración del ciclo operativo es medida por el número de carreras efectuadas por el pistón para  realizarlo. Se dice que los motores alternativos son de 4 tiempos cuando el ciclo se realiza en 4 carreras del pistón,  y de 2 tiempos cuando el ciclo se realiza solamente en 2 carreras del pistón. Esto quiere decir que los motores de 4  tiempos realizan un ciclo cada dos revoluciones del árbol motor, y los de 2 tiempos, cada revolución.  La  gran  mayoría  de  los  motores  endotérmicos  son  de  4  tiempos  y  a  ellos  nos  referiremos  también  con  preferencia  porque  se  prestan  a  una  más  fácil  comprensión.  El  ciclo  de  4  tiempos  comprende  las  cuatro  fases  siguientes:  a) Admisión de la carga en el cilindro.  b) Compresión de la carga.  e) Combustión y expansión.  d) Expulsión o escape de los productos de la combustión.  Página 7 de 25  Ing. Gabriel N. Piacentini Tomassetti 

 

Cada fase corresponde aproximadamente a una carrera del pistón.  a) Admisión. El pistón en la carrera hacia la parte baja (fig. 5) crea una aspiración del fluido en el cilindro. En 

la cámara de combustión se abre, a su debido tiempo, la válvula de aspiración para permitir la entrada del aire (en  Motores EC) o de la mezcla gaseosa combustible (en Motores EB). La válvula empieza a abrirse antes de iniciarse la  carrera y se cierra después de realizada la carrera.  b)  Compresión.  Cerrada  la  válvula  de  aspiración  durante  la  carrera  de  retomo  del  pistón,  la  carga  es    en  la  cámara  de  combustión  hasta  un  valor  máximo,  que  se  alcanza  al  final  de  dicha  carrera.  En  este  comprimida  de la carga queda reducido a una fracción del volumen que tenía al principio de la carrera; esta  instante, el volumen fracción es la inversa de la relación volumétrica de compresión. 

e) Combustión y expansión. Unos grados antes del final de la carrera de compresión se produce el encendido 

de  la  mezcla  por  medio  de  una  chispa  eléctrica  (en  Motores  EB),  o  también  el  encendido  espontáneo  del  combustible  inyectado  en  la  cámara  de  combustión  (en  Motores  EC)  (fig.  6),  con  el  consiguiente  aumento  de  temperatura  y  de  presión  originado  por  el  calor  de  la  combustión.  El  valor  alcanzado  por  la  presión  después  del  encendido  es, aproximadamente, 2 a 4 veces superior al que tenía inicialmente, por lo que el pistón es empujado  hacia abajo. Antes de que la carrera de trabajo se complete, comienza a abrirse la válvula de escape y los gases de  la combustión, que están todavía bajo cierta presión, empiezan a salir.  d) Escape. Durante la siguiente carrera de retorno hacia el P.M.S., el pistón expulsa los gases de la combustión  a través de  la válvula de escape. 

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Al final de la carrera, o poco después, se cierra la válvula de escape; entretanto permanece abierta la válvula  de aspiración y comienza un nuevo ciclo, que se repite con regularidad.  En los motores de 2 tiempos, el ciclo operativo es realizado en dos carreras, por lo que la admisión del fluido  activo  debe  efectuarse  durante  una  fracción  de  la  carrera  de  compresión,  y  el  escape,  durante  una  fracción  de  la  carrera  de  trabajo. Para  que  ello  se  verifique,  es  necesario  que  el  fluido  activo  sea  previamente  comprimido  para  poder entrar en el cilindro y que el escape de los gases de combustión se realice por su propia presión. En el ejemplo  de  la  Figura  7  la  compresión  previa  del  fluido  se  efectúa  en  la  cámara  del  cigüeñal  o  cárter  por  acción  del  pistón,  que  funciona  como  bomba  por  su  parte  inferior.  La  figura  muestra  cómo  la  distribución  del  fluido  activo  puede  realizarse sin necesidad de válvulas, por medio del mismo pistón que abre y cierra, durante su carrera, adecuadas  lumbreras de aspiración y de escape. 

a)  El  primer  tiempo  corresponde  a  la  carrera  de  trabajo,  que  se  inicia  con  el  encendido  y  la  combustión,  y  prosigue con la expansión hasta que el pistón abre las lumbreras de escape. Los gases de la combustión comienzan  en este punto a salir por “A” a causa de su todavía elevada presión, creando en la masa fluida una corriente directa  hacia la salida: inmediatamente después se abren las lumbreras de admisión C, y el fluido activo, empujado por la  presión alcanzada en el cárter y arrastrado,  además,  por  la corriente de los gases de combustión que  salen por A,  entra en el cilindro. Se inicia así  la fase de barrido y de admisión, que comprende el resto de la carrera.  b) El segundo tiempo corresponde a la carrera de retorno del pistón al P.M.S. La primera parte está todavía  dedicada  a  la  fase  de  barrido  y  admisión,  pero  la  segunda,  a  la  fase  de  compresión.  Antes  de  que  la  carrera  esté  terminada, el borde inferior del pistón deja libre la lumbrera B de entrada del fluido en el cárter; éste penetra por  efecto de la depresión creada a causa del movimiento de pistón y es luego comprimido durante la carrera siguiente. 

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La figura 8 representa esquemáticamente cómo funciona un motor de dos tiempos provisto de válvulas para  el escape. El ciclo de 2 tiempos fue concebido para simplificar el sistema de distribución, eliminando y reduciendo  el número de válvulas, y para obtener una mayor potencia a igualdad de dimensiones del motor.  Se tiene una carrera útil por cada giro del eje cigüeñal, la frecuencia de la carrera útil y, por consiguiente, la  potencia  obtenida,  resulta  teóricamente  el  doble  de  la  de  un  motor  de  4  tiempos  de  igual  cilindrada.  El  aumento  de la frecuencia de la carrera útil tiende, sin embargo, a causar un calentamiento excesivo de las partes del motor  y, por ello, a producir una rotura de la película de aceite lubricante con peligro de averías en el pistón y en el cilindro.  La velocidad  del  motor  de  2  tiempos  debe,  por  ello,  ser  en  general  un  poco  inferior  a  la  necesaria  para  realizar  el  doble de la potencia. 

1.4‐  Clasificación 1.4‐ Clasificación  de de  los los  motores motores  alternativos. alternativos.   En  la  siguiente  sección,  se  clasificarán  de  varios  modos  los  motores,  según  distintas  bases  que  se  tomarán  para esta finalidad a saber: según el tipo de encendido del combustible, de refrigeración, ciclo operativo, etc… Los  motores  alternativos  pueden  clasificarse  de  varios  modos,  según  la  base  que  se  tome  para  esta  finalidad.  Así,  distinguiremos:  a) Según el sistema de encendido del combustible:  ‐

‐

Motores de EB;  Motores de EC. 

b) Según el ciclo operativo:  ‐

Motores de 4 tiempos; 

‐

Motores de 2 tiempos. 

c) Según el sistema de admisión del combustible;  ‐

Motores de carburación; 

‐

Motores de inyección. 

De  las dos  grandes  categorías  de  EB  y  EC  se  pueden  derivar  clasificaciones  secundarias.  Así,  los  motores de  EB pueden, a su vez, clasificarse:  a) Según el combustible usado, en:  ‐

Motores que funcionan con combustible líquido. 

‐

Motores que funcionan con combustible gaseoso. 

b) Según el sistema de refrigeración, en:  ‐

Motores refrigerados por agua; 

‐

Motores refrigerados por aire; 

‐

Motores refrigerados por líquidos especiales. 

c) Según el sistema de encendido eléctrico, en:  ‐

Motores con encendido por magneto; 

‐

Motores con encendido por batería, Delco. 

‐

Motores con encendido electrónico.  Página 10 de 25 25   Ing. Ing.  Gabriel Gabriel  N. N.  Piacentini Piacentini  Tomassetti 

 

Los motores de EC pueden, a su vez, subdividirse:  a) Según el sistema adoptado para el encendido del combustible, en:  ‐ Motores Diesel;  ‐ Motores de cabeza caliente (Semi‐Diesel). 

b) Según el sistema de inyección del combustible, en:  ‐ Motores de inyección electrónica;  ‐ Motores de inyección mecánica. 

c) En relación al régimen y a las características de utilización, en:  ‐ Motores lentos;  ‐ Motores rápidos. 

d) En relación a la forma en que el fluido activo actúa sobre el pistón, en:  ‐ Motores de simple efecto;  ‐ Motores de doble efecto. 

1.5‐  El motor de encendido por chispa EB. 

En  este  apartado,  se  verán  cuáles  son  las  características  y  uso  de  los  motores  de  encendido  por  chispa.  El  motor de EB está basado en los principios teóricos enunciados por BEAU DE ROCHAS, según los cuales la combustión  se verifica a volumen constante, y fue realizado prácticamente por el alemán OTTO, en 1862. 

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Hoy en día, el motor de EB suele llamarse, en general, motor de ciclo Otto o “naftero”. A la categoría de EB  pertenece la mayor parte de los motores de automovilismo, una gran parte de los motores para tracción industrial,  todos  los  motores  para  motociclos  y  aeronaves  y  una  buena  parte  de  los  motores  para  aplicaciones  náuticas  y  agrícolas. 

El  combustible  es  la  gasolina  (nafta),  esto  es:  hidrocarburos  ligeros  de  elevado  poder  calorífico,  que  se  evaporan  fácilmente.  Pueden  usarse  también  combustibles  gaseosos  o  asimismo  gas  licuado.  Los  motores  de  encendido  por  chispa  pueden  ser  alimentados  por  carburación  o  por  Inyección.  En  este  segundo  caso,  el  combustible  se  mezcla  al  aire  inyectándolo  en  el  conducto  de  aspiración  en  la  toma  de  la  válvula,  o  bien  directamente en la cámara de combustión. La alimentación por inyección tiene la ventaja, en el caso de los motores  pluricilíndricos,  de  distribuir  de  manera  uniforme  el  combustible  en  los  diversos  cilindros,  de  no  ser  sensible  a  la  aceleración y de no estar sujeto a formaciones de hielo.  Los  motores  de  EB  funcionan  a  4  o  a  2  tiempos,  pero  el  ciclo  de  2  tiempos  es  poco  usado  a  causa  de  las  pérdidas de mezcla que se producen a través del escape y del consiguiente elevado consumo del combustible. Por  tanto,  la  gran mayoría  de  los  motores de  EB  funcionan  según  el  ciclo  operatorio  de  4  tiempos.  El  de  2  tiempos  se  adopta solamente en casos particulares, como son los motores fuera‐borda y los pequeños motores de motocicleta  y herramientas mecánicas con motor de combustión (motosierras, podadoras, etc.).  El ciclo de 4 tiempos de un motor EB comprende las cuatro fases siguientes:  a) Admisión de la mezcla aire‐combustible en el cilindro.  b) Compresión de la mezcla.  e) Combustión y expansión.  Página 12 de 25  Ing. Gabriel N. Piacentini Tomassetti 

 

d) Expulsión o escape de los productos de la combustión.  Cada fase corresponde aproximadamente a una carrera del pistón.  a)  a) Admisión Admisión.. El pistón en la carrera hacia la parte baja (fig. 5) crea una aspiración del fluido en el cilindro. En  la cámara de combustión se abre, a su debido tiempo, la válvula de aspiración para permitir la entrada de la mezcla  gaseosa aire‐combustible. La válvula empieza a abrirse antes de iniciarse la carrera y se cierra después de realizada  la carrera.  b)  Compresión Compresión..  Cerrada  la  válvula  de  aspiración  durante  la  carrera  de  retorno  del  pistón,  la  mezcla  es  comprimida  en  la  cámara  de  combustión  hasta  un  valor  máximo,  que  se  alcanza  al  final  de  dicha  carrera.  En  este  instante, el volumen de la carga queda reducido a una fracción del volumen que tenía al principio de la carrera; esta  fracción es la inversa de la relación volumétrica de compresión.  e) e)  Combustión Combustión  y expansión expansión.. Unos grados antes del final de la carrera de compresión se produce el encendido  de  la  mezcla  por  medio  de  una  chispa  eléctrica  en  la  cámara  de  combustión,  con  el  consiguiente  aumento  de  temperatura  y  de  presión  originado  por  el  calor  de  la  combustión.  El  valor  alcanzado  por  la  presión  después  del  encendido es, aproximadamente, 2 a 4 veces  superior al que tenía inicialmente, por lo que el pistón es empujado  hacia abajo. Antes de que la carrera de trabajo se complete, comienza a abrirse la válvula de escape y los gases de  la combustión, que están todavía bajo cierta presión, empiezan a salir.  d)  d) Escape Escape.. Durante la siguiente carrera de retorno hacia el P.M.S., el pistón expulsa los gases de la combustión  a través de la válvula de escape.  Al final de la carrera, o poco después, se cierra la válvula de escape; entretanto permanece abierta la válvula  de aspiración y comienza un nuevo ciclo, que se repite con regularidad. 

1.6‐‐  El  1.6 El motor motor  de de  encendido encendido  por por  compresión compresión  EC. EC.   En esta sección, se verán cuáles son las características y uso de los motores de encendido por compresión. El  motor de EC está basado en los trabajos de RUDOLPH RUDOLPH  DIESEL DIESEL,, que realizó sus primeros motores alrededor del año  1892.  En  este  tipo,  la  combustión  se  realiza  a  presión  constante,  según  el  ciclo  que  ha  tomado  el  nombre  de  su  inventor.  Los combustibles empleados son hidrocarburos líquidos de características inferiores al carburante usado en  los  motores  de  encendido  por  chispa,  menos  volátiles  y  con  un  peso  específico  superior,  por  lo  cual  se  llaman   combustibles pesados. El tipo más notable usado para los motores de los automóviles es el gasoil. La alimentación  del combustible se efectúa exclusivamente por inyección.  Los motores de EC son similares, en importancia y variedad de aplicaciones, a los motores EB; pertenecen a  esta vasta categoría los grandes motores Diesel lentos para instalaciones fijas y navales, así  como los motores Diesel  rápidos y Semi‐Diesel empleados en la locomoción terrestre y en embarcaciones ligeras.  Los  motores  de  EC  funcionan  a  4  o  a  2  tiempos.  Los  motores  de  2  tiempos  no  presentan  consumo  de  combustible superior a los de 4 tiempos, porque el barrido del cilindro es efectuado con aire puro y no con la mezcla  combustible; por esta razón, no hay pérdida de combustible a través del escape.  El ciclo de 4 tiempos de los motores EC comprende las cuatro fases siguientes:  a) Admisión de aire en el cilindro.  b) Compresión del aire.  e) Combustión y expansión.  Página 13 de 25 25   Ing. Ing.  Gabriel Gabriel  N. N.  Piacentini Piacentini  Tomassetti 

 

d) Expulsión o escape de los productos de la combustión.  Cada fase corresponde aproximadamente a una carrera del pistón.  a)  a) Admisión Admisión.. El pistón en la carrera hacia la parte baja (fig. 5) crea una aspiración del fluido en el cilindro. En  la cámara de combustión se abre, a su debido tiempo, la válvula de aspiración para permitir la entrada del aire. La  válvula empieza a abrirse antes de iniciarse la carrera y se cierra después de realizada la carrera.  b)  b)  Compresión Compresión..  Cerrada  la  válvula  de  aspiración  durante  la  carrera  de  retorno  del  pistón,  el  aire  es  comprimido  en  la  cámara  de  combustión  hasta  un  valor  máximo,  que  se  alcanza  al  final  de  dicha  carrera.  En  este  instante,  el  volumen  del  aire  queda  reducido  a  una  fracción  del  volumen  que  tenía  al  principio  de  la  carrera;  esta  fracción es la inversa de la relación volumétrica de compresión.  e) e)  Combustión Combustión  y expansión expansión.. Unos grados antes  del final de la carrera de  compresión  comienza la  inyección  del combustible produciéndose el encendido espontáneo del combustible inyectado en la cámara de combustión,  con  el  consiguiente  aumento  de  temperatura  y  de  presión  originado  por  el  calor  de  la  combustión.  El  valor  alcanzado  por  la  presión  después  del  encendido  es,  aproximadamente,  2  a  4  veces  superior  al  que  tenía  inicialmente,  por  lo  que  el  pistón  es  empujado  hacia  abajo.  Antes  de  que  la  carrera  de  trabajo  se  complete,  comienza  a  abrirse  la  válvula  de  escape  y  los  gases  de  la  combustión,  que  están  todavía  bajo  cierta  presión,  empiezan a salir.  d)  d) Escape Escape.. Durante la siguiente carrera de retorno hacia el P.M.S., el pistón expulsa los gases de la combustión  a través de la válvula de escape.  Al final de la carrera, o poco después, se cierra la válvula de escape; entretanto permanece abierta la válvula  de aspiración y comienza un nuevo ciclo, que se repite con regularidad. 

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1.7‐  Diferencias principales entre los motores de encendido por chispa y encendido por compresión. 

En  este  subcapítulo,  se  explicarán  cuáles  son  las  diferencias  principales  constructivas  y  de  principios  de  funcionamiento entre los motores EB y los EC. Como ya hemos visto, no existen diferencias substanciales desde el  punto de vista mecánico entre los dos tipos de motores: esencialmente se distinguen por su ciclo térmico teórico,  puesto que el motor de EB funciona según el ciclo Otto y el de EC según el ciclo Diesel. Las diferencias fundamentales  entre los dos tipos de motores se derivan de las correspondientes a sus ciclos:  1) Introducción del combustible. En los motores de EB, el aire y el combustible son introducidos en la cámara 

de combustión bajo forma de mezcla gaseosa. En los motores antiguos, la mezcla se efectuaba en el carburador, y  la regulación de la cantidad de mezcla introducida se obtenía por medio de una válvula de mariposa. Hoy en día, la  cantidad  de  combustible  de  la  mezcla  se  regula  por  medio  de  un  inyector  electrónico,  ubicado  en  la  cámara  de  combustión,  si  el  motor  es  de  inyección  directa  o  ubicado  sobre  el  conducto  de  admisión  cerca  de  la  culata,  si  el  motor es de inyección convencional.  La  cantidad  de  aire de la mezcla carburada  se regula  por medio  de la  válvula  mariposa ubicada a la entrada del conducto repartidor de aire del motor (múltiple de admisión).  Página 16 de 25  Ing. Gabriel N. Piacentini Tomassetti 

 

En  los  motores  de  EC,  el  aire  se  introduce  en  la  cámara  de  combustión  a  través  de  conductos  que  van  a  la  válvula de aspiración, mientras el combustible se introduce directamente por medio de un inyector. La mezcla aire‐ combustible  se  realiza  en  la  cámara  de  combustión;  no  hay  regulación  de  la  cantidad  de  aire,  sino  tan  sólo  una  regulación de la cantidad de combustible introducido.  2) 2)   Encendido.  El  motor  de  EB  requiere  un  sistema  de  encendido  para  generar  en  la  cámara  de  combustión  una chispa entre los electrodos de una bujía, al objeto de que la combustión pueda iniciarse. El motor de EC utiliza  la alta temperatura y presión obtenidas al comprimir el aire en el cilindro para dar comienzo a la combustión cuando  el combustible es inyectado.  3) 3)  Relación Relación  de de  compresión. El valor de la relación de compresión en los motores de EB varía de 8 a 12, salvo  casos  excepcionales,  mientras  que  en  los  motores  de  EC  oscila  entre  17  a  22  para  los  ciclos  Diesel  Ligero  y  Semi‐ Diesel  y  de  22  a  28  para  los  Diesel  Pesados.  En  los  motores de  EB,  el  límite  superior  de  la  relación  de  compresión  está determinado esencialmente por la calidad antidetonante del combustible en el mercado; para los motores de  EC está determinado, sobre todo, por el peso de la estructura del motor, que aumenta al aumentar la relación de  compresión, de un modo especial con grandes cilindradas.  4)  Peso.  El  motor  de  EC  es,  por  lo  general,  más  pesado  que  un  motor  de  EB  de  igual  cilindrada,  porque  funciona a presión considerablemente mayor. 

Capítulo 2  Capítulo  Propiedades de los motores endotérmicos.  2.1‐ 2.1‐ Velocidad Velocidad  y carga carga  del del  motor motor  alternativo. alternativo.   En  este  apartado  se  describe,  cómo  se  relaciona  la  carga  aplicada  al  motor,  la  cual  consiste  en  un  torque  aplicado al eje, llamado par resistente y opuesto al par motor, respecto de la velocidad de rotación del eje cigüeñal  en función de la posición del pedal del acelerador. La fuerza que hace girar el árbol cigüeñal depende de la presión  del  gas  y,  por  tanto,  en  esencia,  de  la  cantidad  de  combustible  quemado  en  cada  ciclo,  mientras  que  las  que  se  oponen en su rotación son debidas a los rozamientos internos del motor y a la resistencia externa. Ésta consiste en  un par aplicado al eje llamado par resistente, opuesto al par motor, el cual se denomina comúnmente carga carga..  La  velocidad  del  motor  depende,  por  tanto,  del  valor  de  la  carga  y  de  la  posición  de  la  leva  que  regula  la   

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cantidad de combustible. La regulación de la carga y de la velocidad es una cuestión de equilibrio entre las fuerzas que producen la rotación del eje cigüeñal y las fuerzas opuestas que tienden a impedir dicha rotación. Establecido  un régimen de revoluciones, al variar la carga se crea un desequilibrio entre las fuerzas contrarias y debe ser variada  la posición de la leva de regulación del combustible, a fin de restablecer el equilibrio.  Si la válvula de mariposa está casi cerrada y no hay carga, el torque sirve sólo para equilibrar las resistencias  internas  del  motor,  y  éste  gira  al  mínimo.  Esta  condición  está  indicada  en  la  figura  13  a.  Por  el  contrario,  si,  permaneciendo sin carga, la válvula de mariposa se abre completamente, la velocidad del mismo puede aumentar  hasta  el  punto  que  puede  destruirse.  Si,  permaneciendo  la  válvula  toda  abierta,  se  aplica  al  cigüeñal  una  carga  constante de tal magnitud que el motor funcione a la máxima velocidad prevista en su proyecto, el torque y el par  resistente se encuentran en  equilibrio, y la velocidad del mismo permanecerá constante.  Esta condición  se  ilustra  en la figura 13 b.   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

Entre  obtener estas dos condiciones, hay un infinito número de combinaciones de regulación del combustible y de la  carga para   la  velocidad  deseada.  Este  conjunto  de  combinaciones  se  llama  gama gama   de de  funcionamiento  con    funcionamiento  con abertura   parcial abertura parcial..  Cuando  la  válvula  de  mariposa  está  completamente  abierta  y  se  aplica  la  carga  prevista  para  la  máxima velocidad,  como en  la figura 13 b, un posterior aumento de la  carga reduce naturalmente  las RPM, como  Página 17 de 25 25   Ing. Ing.  Gabriel Gabriel  N. N.  Piacentini Piacentini  Tomassetti 

 

se demuestra en la figura 13 c, esto se denomina campo de funcionamiento con mariposa toda abierta y carga (o  velocidad) variable.  En  este  campo  de  funcionamiento  a  toda  abertura  existe  un  régimen  al  cual  el  motor  desarrolla  la  máxima  potencia al freno. Si la carga aplicada aumenta, decrecen las RPM, como también la potencia al freno; si la carga se  reduce, la velocidad del motor aumenta, mientras la potencia al freno crece también. Las revoluciones a la cual se  tiene  la  máxima  potencia  se  llama  régimen  de  máxima  potencia.  Cuando  se  dice  que  el  motor  funciona  a  media  carga, debe entenderse que la carga es la mitad de la correspondiente al régimen de máxima potencia.  Todo  lo  expuesto  es  válido  tanto  para  los  motores  de  EB  como  para  los  de  EC.  La  diferencia  entre  los  dos  tipos de motores se basa principalmente en el método de regulación de la cantidad de combustible que entra en el  cilindro. En el motor de EB, la regulación de la cantidad de combustible se logra graduando el aire por medio de la  válvula  mariposa  del  carburante.  En  el  motor  de  EC,  por  el  contrario,  la  regulación  se  hace  solamente  sobre  el  combustible, y se obtiene variando el caudal de la bomba de inyección. 

2.2‐

Descomposición de Fuerzas para el Cálculo de Momentos de un Sistema Biela Manivela. 

En este apartado, se analizará cómo se descomponen la Fuerzas sobre el pistón en un sistema biela manivela  para  luego  poder  calcular  el  momento  torsor  sobre  el  eje  cigüeñal,  posteriormente  se  graficará  la  curva  de  momento  instantáneo  que  se  produce  en  el  eje  para  poder  calcular  el  volante  de  inercia  que  necesita  el  motor.  Para la descomposición de las fuerzas y el posterior planteo de la fórmula del momento Torsor de un sistema biela  manivela, utilizamos la siguiente figura.  Página 18 de 25  Ing. Gabriel N. Piacentini Tomassetti 

 

Donde:  F= Fuerza resultante que actúa sobre el pistón.  Fn= Fuerza normal ejercida sobre las paredes del cilindro (Pérdida).  Fb= Fuerza sobre el eje de biela.  Ft= Componente Tangencial de Fb sobre la manivela (Cigüeñal), es la Fuerza útil que genera el par motor.  Fr= Componente Radial de Fb sobre la manivela (Cigüeñal), (Pérdida).  r= Radio de la Manivela (Cigüeñal).  d= Brazo de palanca en la Manivela (Cigüeñal) que generará  junto junto con Ft el par motor.  L= Longitud de Biela.  C= Carrera de Pistón.  β= Ángulo de Biela.  α= Ángulo de giro de la Manivela (Cigüeñal).  ω= Velocidad angular de la Manivela (Cigüeñal). 

Mt= Momento Torsor.          

∝    

sen

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Graficando  esta  fórmula  en  función  de  los  grados  de  giro  del  eje  cigüeñal  de  un  motor  monocilíndrico,  se  obtiene el siguiente diagrama de Par Motor. 

Diagrama de Par Motor para un motor Monocilíndrico. 

La  suma  algebraica  del  área  positiva  y  negativa  del  diagrama  representa  el  trabajo  motor  realizado  en  un  ciclo; igualando el área a la de un rectángulo que tenga como base la misma abscisa (2 revoluciones = 4 carreras =  a 720°, en el caso de la figura), la altura correspondiente representa el valor medio del par motor (momento motor  medio).  Resulta  evidente  que  en  el  motor  monocilíndrico  de  4  tiempos,  habiendo  una  sola  fase  útil  por  cada  dos  revoluciones, el valor de la ordenada máxima es mucho mayor que el de la ordenada media. Aunque el valor medio  del par motor sea igual al valor del par resistente (al que, con buena aproximación, podemos considerar constante),  la velocidad de rotación del motor y de las masas unidas al mismo no puede permanecer constante e igual al valor  medio ω.  Siendo,  en  efecto,  el  par  motor  variable,  en  los  intervalos  de  tiempo  durante  los  cuales  es  superior  al  resistente, el exceso de trabajo motor es acumulado por el sistema en rotación bajo forma de energía cinética y la  velocidad  de  rotación  asciende  hasta  un  valor  máximo;  mientras  que  en  los  intervalos  durante  los  cuales  el  par  motor es inferior al resistente, el exceso de trabajo resistente es compensado por el sistema en rotación a expensas  de una disminución de su energía cinética, y entonces la velocidad de rotación desciende hasta un valor mínimo.  Para lograr estabilizar estas diferencias de energía  cinética, se agrega a los motores el volante de inercia.  El  cual,  tiene la  función  de  absorber  la  energía  cinética  en  exceso,  en  los  momentos  del  ciclo  donde  el  par  motor  es  mayor al medio y devolverla al sistema en los intervalos donde el par motor es menor al medio. De esta manera se  obtiene un par motor estable a la salida del eje cigüeñal.  2.3‐

Concepto de estabilidad de funcionamiento de motores endotérmicos en función del análisis de las curvas  de Torque y Potencia. 

En asta sección, se analizará en qué condiciones de funcionamiento los motores endotérmicos son estables     en función del análisis de las curvas de Torque y Potencia. Consideremos un motor a régimen, es decir,  o   condiciones  tales  de  funcionamiento  que  la  velocidad  de  rotación  se  mantiene  constante  y  toda  la  potencia  eninestables disponible en el eje cigüeñal es absorbida por un par resistente constante. Si, por cualquier razón, el par resistente,  que llamaremos Mr, disminuye tomando el valor Mr' queda, de improviso, disponible en el eje un par Md = Mr  –– Mr'; 

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y como el sistema debe estar siempre en equilibrio, este par comunica una aceleración al conjunto motor‐máquina  utilizadora, venciendo la inercia según la conocida relación:  Md= J x  ε’  En la cual, J es el momento de inercia del sistema, y  ε’, la aceleración angular. A medida que el eje se acelera,  el  sistema  se  aproxima  a  un  nuevo  régimen  definido,  el  cual  será  alcanzado  cuando  el  producto  del  nuevo  par  resistente por la nueva velocidad de régimen iguale la nueva potencia del motor; decimos nueva potencia porque,  no habiendo variado la regulación de alimentación del motor, la potencia habrá alcanzado otro valor a consecuencia  de la variación del número de revoluciones, según la forma de la curva característica correspondiente a ese grado  de regulación.  Recordar que:       716,2



 →  

  

716,2

 

Donde:  Mt= Momento Motor en [Kg m].  N= Potencia en [HP].  n= Velocidad angular del cigüeñal en [RPM].  No  siempre  puede  alcanzarse  el  nuevo  régimen  de  equilibrio;  ello  depende  de  la  forma  de  la  curva  característica  de  par  motor.  En  efecto,  en  el  caso  en  que  la  pendiente  de  la  curva  tenga  valores  crecientes  o  constantes,  al  crecer  el  número  de  revoluciones  se  tiene  que,  para  un  aumento  de  velocidad  causado  por  una  disminución  del  par  resistente,  no  puede  corresponder  una  nueva  condición  de  equilibrio,  porque  con  el  incremento  de  la  velocidad,  aumenta  o,  por  lo  menos,  no  disminuye  el  momento  equilibrante,  y  el  número  de  revoluciones tiende siempre a crecer. El fenómeno es análogo cuando el par resistente aumenta y la velocidad de  rotación disminuye. En estas condiciones se dice que el funcionamiento del motor es inestable, en este régimen el  motor se comporta de manera inelástica inelástica..  Si, por el contrario, el par motor disminuye al aumentar el número de revoluciones, se crea necesariamente  una  nueva  condición  de  equilibrio.  En  estas  condiciones,  el  funcionamiento funcionamiento   es es   estable  y  se  dice  que  el  motor  en  este  régimen, régimen,   se se   comporta comporta   de de   manera manera   elástica elástica..  Concluyendo:  un  motor  es  estable  y,  por  tanto,  autorregulable,  

cuando la curva de su par motor decrece al aumentar el número de revoluciones,  es decir, cuando la derivada     es negativa y lo es, además, cuanto más elevado sea el valor absoluto de esta derivada. Por el contrario, es inestable  y, por tanto, no autorregulable, cuando dicha derivada es positiva.  Para la tracción mecánica es deseable que el motor sea elástico, es decir, que su par motor vaya aumentando  desde el régimen máximo hasta el mínimo, puesto que, así, a la mayor resistencia que el vehículo encuentre acaso  en la carretera, el motor puede oponer un esfuerzo mayor reduciendo la propia velocidad.  Para hacer más elástico un motor es necesario disminuir las dimensiones de sus conductos de aspiración para  encauzar  hacia  los  bajos  regímenes  la  conocida  condición  de  máximo  rendimiento  volumétrico:  la  curva  de  la  potencia  desciende  y  resulta  más  plana  a  causa  de  la  disminución  del  rendimiento  volumétrico  en  los  regímenes  altos. Se alcanza, por tanto, un mayor grado de elasticidad, en igualdad de otras condiciones, sólo con disminuir la  potencia  máxima,  o  bien,  si  se  desea  conservar  el  mismo  valor  de  la  potencia  máxima,  con  sólo  aumentar  la  cilindrada. En la figura siguiente se han trazado las curvas características típicas de un motor de automóvil. Podemos  distinguir tres condiciones particulares de funcionamiento: 

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RPM 

1)  Motor  utilizado  a  la  máxima  potencia:  punto  A.  Si  un  aumento  del  Par  resistente  le  hace  moderarse,  el  par motor crece en forma de satisfacer al nuevo régimen; si el motor se acelera por disminución del par resistente,  el par motor se reduce también. El motor es, por tanto, estable y autorregulable.  2) Motor utilizado a media potencia: punto B. La curva del par tiene en esta zona ligeras variaciones; por lo  cual  se  alcanza  el  estado  de  equilibrio  con  diferencias  muy  grandes  de  velocidad.  Éste  es  el  caso  de  los  motores  Diesel en general, cuyo par motor experimenta pequeñas variaciones dentro del campo de utilización. El motor es,  por  tanto,  inestable,  y  el  equilibrio  se  alcanza  solamente  con  diferencias  de  velocidad  que,  en  general,  no  son  admisibles.  3)  Motor  utilizado  a  baja  potencia:  punto  C.  A  cada  variación  del  par  resistente,  el  motor  reacciona  con  variaciones del par  motor en sentido contrario al requerido. El motor es inestable y no autorregulable porque, si el  par resistente disminuye, sólo encuentra el régimen de equilibrio en un punto muy lejano; por el contrario, si el par  resistente crece, el motor se para.  2.4‐

Comparación de un motor endotérmico con un motor eléctrico de inducción trifásico. 

En  este  apartado,  se  compararán  curvas  de  torque  y  potencia  de  los  motores  endotérmicos  con  las  de uno  eléctrico trifásico de inducción alimentado por un inversor, donde queda demostrada la superioridad de los mismos  respecto de los de combustión interna. 

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En  los  gráficos  se  ve  como  la  curva  de  torque  del  motor  eléctrico  arranca  desde  el  máximo  a  0  RPM,  se  mantiene constante y luego disminuye progresivamente hasta alcanzar el máximo de revoluciones. Dese el punto  de  vista  de  tracción,  en  locomoción,  es  la  curva  ideal  que  debe  tener  un  motor.  Un  motor  eléctrico  de  inducción  trifásico  alimentado  con  un  inversor  de  frecuencia  (inverter)  es  autorregulable  en  todo  el  régimen  de  funcionamiento, mientras que uno de combustión interna no lo es. 

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Conclusión.   Conclusión. El  presente  trabajo  de  investigación,  buscó  proporcionar  un  conocimiento  básico  de  los  distintos  tipos  de  motores  de  combustión  interna,  alternativos  (a  pistones),  que  existen  en  la  actualidad.  Se  logró  ver  que  pueden  transformar  la  energía  calorífica  de  la  combustión  de  combustibles  líquidos  o  gaseosos  en  energía  mecánica  directamente utilizable.  Se estudiaron las partes fundamentales y el principio de funcionamiento de los distintos tipos de motores de  encendido por chispa (Nafteros) y por compresión (Diesel), de dos Tiempos (Pistón doble efecto) o cuatro Tiempos  (Pistón Simple efecto). Se analizó el par motor y potencia que entregan en función de la velocidad de rotación del  eje cigüeñal y de la posición del acelerador. También, se demostró gráfica y analíticamente, como se descompone  la fuerza sobre el pistón de un sistema biela manivela debida a las presiones reinantes en el ciclo térmico. De esta  manera se pudo comprender, desde un punto de vista técnico, las pérdidas por rozamiento que experimenta dicha  fuerza,  desde  la  cabeza  de  pistón  hasta  el  muñón  de  biela  del  cigüeñal.  Seguidamente,  se  analizó  cómo  la  fuerza  resultante  sobre  el  muñón  del  cigüeñal  de  un  motor  monocilíndrico  de  4  tiempos,  genera  la  curva  de  torque  del  motor al realizar un ciclo térmico completo. Dicha curva de momento se puede utilizar para dimensionar el volante  de  inercia  del  motor.  Por  otro  lado,  vimos  los  conceptos  de  estabilidad  de  funcionamiento,  elástico  (estable)  e  inelástico  (inestable),  de  los  motores  endotérmicos  en  función  de  la  curva  de  torque  y  potencia.  Por  último,  se  analizó  y  comparó  un  motor  endotérmico  con  un  motor  eléctrico  de  inducción  trifásico,  donde  se  pudo  ver  la  superioridad de estos últimos cuando son comandados con un inversor de frecuencia.  Se  pretende  destacar  que  una  máquina  eléctrica,  aparte  de  tener  mayor  rendimiento  energético,  tiene  mayor  rendimiento  mecánico, porque en la curva de torque se puede ver que su funcionamiento es estable (elástico) en  todo  el régimen  de  trabajo  del  motor,  desde  las  0  RPM  hasta  la  máxima  velocidad  de  giro.  Por  tal motivo,  es  que  los  vehículos  eléctricos  están  tomando  cada  día  un  lugar  cada  vez  mayor  en  el  mercado  automotriz.  El  único  impedimento que por ahora existe es que se debe lograr encontrar, a través de la investigación, baterías con mayor  capacidad  de  carga,  más  livianas  y  con  una  velocidad  de  recarga  más  eficiente.  Las  baterías  de  grafeno  parecen  tener un muy buen futuro para su desarrollo. 

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Ing. Ing.  Gabriel Gabriel  N. N.  Piacentini Piacentini  Tomassetti 

 

Bibliografía.   Bibliografía. JMJ. (2011). TESLA TESLA  ROADSTER, ROADSTER,  LLEGA LLEGA  EL EL  DEPORTIVO DEPORTIVO  ELÉCTRICO. ELÉCTRICO.   https://8000vueltas.com/2011/02/17/tesla‐roadster‐llega‐el‐deportivo‐electrico electrico..  Fecha de consulta: 25/11/2020.  Giacosa, D. (1988). Motores Motores  Endotérmicos. Barcelona. Ediciones Omega S.A.  RODRIGUEZ, B. (2011). Motor Motor  eléctrico eléctrico  versus versus  motor motor  de de  combustión: combustión:  par, par,  potencia potencia  y eficiencia eficiencia,,  https://forococheselectricos.com/2011/11/motor‐electrico‐versus‐motor‐de.html  Fecha de Consulta: 26/11/2020 

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