Motores Termicos y Sus Sistemas Auxiliares - Ud01

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Motores térmicos Vamos a conocer... 1. Definición y clasificación clasificación de los motores motores térmicos 2. Ciclos de trabajo 3. Component Componentes es principales de un motor de 4 tiempos

4. Tendencias actuales PRÁCTICA PROFESIONAL 1 Identificar si un motor es Otto o es diésel

PRÁCTICA PROFESIONAL 2 Localizar la ubicación del motor de un vehículo e identificar el tipo de tracción del mismo

Y al finalizar esta unidad…  

Sabrás el origen y la definición del motor térmico.

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Entenderás Entenderá s cómo se pueden clasificar.

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Conocerás su ciclo de trabajo.

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Sabrás la denominación de sus componentes principales.

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Descubrirás las tendencias actuales en motorización.

Motores térmicos

1. Definición y clasificación de los motores térmicos 1.1. Definición Un motor de combustión interna  es una máquina capaz de trasformar la energía química de un fluido combustible en térmica y mecánica. Aunque es Etienne Lenoir quien inventa el motor de gas, es Nicolaus August Otto en 1876 quien construye el primer motor de combustión interna utilizando un ciclo de cuatro tiempos.

1.2. Clasificación de los motores térmicos Existen distintos criterios según los cuales es posible clasificar los motores térmicos. Los más importantes son: 

Según el tipo de combustible utilizado se distinguen: – Motores de gasolina. Se basa en el ciclo de Otto, también conocidos

Figura 1.1. Prototipo de motor de combustión interna creado por Karl Benz en 1886.

como M.E.P. (Motores de encendido provocado). – Motores de gasóleo.  Se basa en el ciclo de Diesel, también conocidos como M.E.C. (Motores de encendido por compresión). 

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Según su ciclo de funcionamiento  se distinguen: – Motores de cuatro tiempos (4T). – Motores de dos tiempos (2T). Según el movimiento del émbolo  aparecen: – Motores alternativos. – Motores rotativos. Según el número y la disposición de los cilindros. En este caso se dan múltiples posibilidades, algunas de ellas se muestran en la siguiente figura:

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Figura 1.2. Nicolaus August Otto.

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Figura 1.3. Diferentes disposiciones de los cilindros: en línea (izquierda), en V (centro) y opuestos (derecha).

Estas son las configuraciones que, generalmente, se utilizan en el automóvil y otras variantes de vehículos industriales. En avionetas, por ejemplo, se utilizan motores con disposición en estrella. En general, el número de cilindros y la disposición de los mismos, va unido a factores como la potencia, el diseño de la carrocería, la filosofía del fabricante, la fiscalidad y el cuidado al medio ambiente. 7

Unidad 1

2. Ciclos de trabajo 2.1. Motor de 4 tiempos de Otto La tipificación del motor de 4 tiempos está unida a las fases del ciclo de trabajo que se produce en el mismo. Las cuatro fases son:   

Admisión. Se introduce una mezcla de aire y gasolina en el cilindro. Compresión. El movimiento del pistón comprime la mezcla. Fase de trabajo o explosión. En esta fase, mediante una chispa eléctrica, se provoca el encendido o explosión de la mezcla.

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Fase de barrido o escape. Por último, se eliminan los gases quemados en la combustión.

Para realizar el ciclo completo, el eje de giro denominado cigüeñal realiza dos vueltas completas, es decir, 720 °. El combustible utilizado será gasolina o GLP (Gas Licuado de Petróleo).

Válvula de admisión

Válvula de escape

Admisión

Compresión

Combustión y expansión

Escape

Figura 1.4. Ciclo de trabajo de un motor Otto de cuatro tiempos.

2.2. Motor Otto de 2 tiempos El motor de 2 tiempos realiza el ciclo de trabajo anterior en un giro del cigüeñal de 360°. Es decir, realiza las cuatro fases descritas anteriormente (admisión, compresión, explosión y escape), pero en dos movimientos del pistón. El motor de 4T produce una explosión por cada dos vueltas del cigüeñal, mientras que el de 2T la produce cada vuelta. Otra diferencia con el de 4T radica en la utilización del pistón: en el motor de 2T se utiliza tanto la parte superior como la i nferior, mientras que en el de 4T solo se utiliza la parte superior. De este modo, los dos tiempos de este tipo de motor son: 

Carrera ascendente del pistón. Al subir el pistón, la parte superior del mismo comprime la mezcla de aire, gasolina y aceite, y la parte inferior provoca la admisión de la mezcla en el cárter. En este movimiento se comprenden las fases de admisión y compresión.

Figura 1.5. Motor Otto de dos tiempos.

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Carrera descendente del pistón. Una vez comprimida la mezcla, se produce la explosión. De este modo, el pistón baja empujando los gases hacia la salida a la vez que se genera trabajo mecánico. En este movimiento se dan las fases de explosión y escape.

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Motores térmicos Suelen ser motores de poca potencia y de un solo cilindro, carecen de válvulas para el intercambio de los gases, poseen lumbreras de escape, admisión y tránsferes. Utilizan como combustible gasolina o metanol y se emplean en ciclomotores, maquinaria de jardinería, obra pública y modelismo.

Lumbrera de escape Lumbrera de admisión

Lumbrera de transferencia

Figura 1.6. Ciclo de trabajo de un motor Otto de dos tiempos.

2.3. Motor diésel de 4 tiempos El ciclo de trabajo se realiza en 2 vueltas completas del cigüeñal al igual que el motor Otto de 4 tiempos, pero aparecen algunas diferencias: 

Admisión. Se introduce únicamente aire en el interior del cilindro, en el de Otto también entraba combustible.

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Compresión. El movimiento del cilindro comprime el aire, aumentando su temperatura de forma considerable.

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Fase de trabajo o explosión. En esta fase se inyecta el combustible, en este caso gasóleo. A medida que se inyecta, la mezcla s e va inflamando hasta producirse la combustión. En este caso, a diferencia del motor de Otto, no es necesaria la presencia de una chispa para producir la explosión.



Fase de barrido o escape. Por último, se eliminan los gases quemados en la combustión.

Este motor recibe el nombre de su inventor Rudolf Diesel, quien en 1897 construye el primer motor que utilizaba como combustible aceite de palma.

Admisión

Compresión

Combustión y expansión

Escape

Figura 1.7. Ciclo de trabajo de un motor diésel de cuatro tiempos. 9

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2.4. Motor diésel de 2 tiempos Al igual que el de 2 tiempos Otto, realiza su ciclo de trabajo completo en 360 ° de giro de cigüeñal, pero emplea válvulas para el escape y suele ser sobrealimentado.

Admisión y escape (A).  Cuando el pistón se encuentra en el punto más

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bajo, descubre una serie de lumbreras de admisión, por ellas se introduce aire limpio del exterior. Ese aire, a su vez, empujará los gases de escape de la combustión anterior, expulsándolos a través de las válvulas de escape.

Compresión y explosión (B). Al subir el pistón, se tapona la entrada de

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aire y se cierran las válvulas de escape. De este modo, el aire se comprime calentándose en la parte superior del cilindro. En ese instante comienza la inyección del combustible, produciéndose la explosión espontánea y la obtención de trabajo mecánico. Generalmente, su utilización más habitual es en la industria náutica.

A

B 1 3 4 2 5

1 Turbocompresor 2 Refrigerador de aire de admisión 3 Pistón 4 Lumbreras de escape 5 Lumbreras de admisión 6 Válvulas de lengüeta 7 Cruceta de biela

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Figura 1.8. Ciclo de trabajo de un motor diésel de dos tiempos turboalimentado.

2.5. Motor rotativo Wankel Recibe su nombre de su inventor, Felix Wankel, un joven ingeniero alemán que en 1924 crea dicho motor y consigue su patente en 1929. El ciclo de trabajo se realiza en un giro del cigüeñal y del rotor (sustituye al émbolo). Tiene menos elementos constructivos que un motor alternativo y además no hay transformación de movimiento, (alternativo - rotativo), en todo momento el movimiento es rotativo. Admisión 0°

Figura 1.9. Motor Wankel. 10

Compresión 90°

Figura 1.10. Ciclo de trabajo de un motor Wankel.

Expansión 180°

Escape 270°

360°

Motores térmicos

3. Componentes de un motor de 4 tiempos En este apartado se recordará brevemente cuál es la estructura básica de un motor de 4 tiempos, así como sus elementos constitutivos principales (figura 1.12), tren alternativo (figura 1.11) y sistema de distribución (figura 1.13):

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3

1

1. Cigüeñal

2

3

2. Pistón

3. Biela

Figura 1.11. Tren alternativo de un motor.

1. Tapa de la culata 2. Culata 3. Bloque motor 4. Placa de la bancada (Semicárter) 5. Cárter de aceite

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Figura 1.12. Elementos constitutivos del motor. (Cortesía de BMW).

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2

3

4 5 9 8 7

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1. Árbol de levas de admisión 2. Balancín flotante de rodillo 3. Árbol de levas de escape 4. Elemento de compensación hidráulico de juego de válvulas 5. Muelle de válvula 6. Válvula de escape 7. Válvula de admisión 8. Válvula de inyección 9. Guía de válvula

Figura 1.13. Sistema de distribución. 11

Unidad 1

4. Tendencias actuales En la actualidad, los fabricantes de automóviles, concienciados con el medio ambiente y presionados por las normativas medioambientales, fiscales y económicas, desarrollan motores cada vez más eficientes y más limpios. Esto conlleva la utilización de materiales más ligeros, la reducción de las cilindradas, el uso de combustibles alternativos y, además, la combinación del motor de combustión con el motor eléctrico. No obstante, el futuro del motor de combustión como propulsor en el automóvil es poco predecible. La búsqueda de las emisiones cero y la no dependencia del petróleo hacen que otro tipo d e propulsores se vayan introduciendo tímidamente en la industria automovilística. Además de la naturaleza del motor, otros factores van cambiando según distintas tendencias o modas. La ubicación del motor es uno de ellos, ya que la posición del mismo influye notablemente en el reparto de pesos del vehículo, cuestión básica que atañe a su estabilidad. Algunas variaciones, en función de la posición del motor y de la naturaleza de la tracción son las siguientes:

Motor delantero

Tracción trasera

Motor delantero transversal

Tracción delantera

Figura 1.14. Motor delantero y tracción trasera (izquierda). Motor delantero y tracción delantera (derecha).

Motor trasero central

Motor delantero Caja reductora

Aumento de la altura

Tracción trasera

Tracción en las cuatro ruedas

Figura 1.15. Motor trasero y tracción trasera (izquierda). Motor delantero y tracción a las cuatro ruedas (derecha).

Motor delantero transversal

Tracción total o integral Figura 1.16. Motor delantero transversal y tracción total o integral. 12

Unidad 1

EN RESUMEN

MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA

OTTO (M.E.P.)

2 TIEMPOS

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Ciclomotores Motosierras Cortacéspedes Modelismo

DIÉSEL (M.E.C.)

4 TIEMPOS



Automóvil Motocicletas



Generadores



4 TIEMPOS

 



Automóvil Vehículos industriales Generadores

2 TIEMPOS





Motores marinos Locomotoras diésel

CICLO DE TRABAJO 720 º CICLO DE TRABAJO 360º

Entra en internet 1. Visitar la web de Mercedes-Benz. En ella aparece información interesante sobre la historia del automóvil. • 2. Visitar la web de la Universidad de Castilla-La Mancha, en ella pueden encontrarse animaciones que representan el funcionamiento de distintos motores térmicos. • 3. Visionar en internet el siguiente enlace correspondiente al funcionamiento de un motor Otto de 4 tiempos. • 4. Buscar información y suministrar una breve definición de los siguientes conceptos: motor Ecoboost, técnica Hybrid-Air y Tata Air pot.

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PRÁCTICA PROFESIONAL 1 Herramientas 



 Juego de herramientas general del alumno  Linterna

Material 

 Vehículos con diferentes tipos de motor

Identificar si un motor es Otto o diésel OBJETIVO Saber identificar si el motor de un vehículo es de gasolina (Otto) o, por el contrario, si es diésel.

PRECAUCIONES 

Llevar ropa de trabajo y calzado de seguridad para acceder al taller.

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Asegurar la sujeción del capó en la visualización del motor.

DESARROLLO 1. Buscar el dispositivo de apertura del capó, levantar capó y asegurar la posición.

2. Observar el motor del vehículo prestando atención a aquellos elementos característicos de los motores Otto y diésel.

3. Se reconocerá un motor Otto por varias razones: • Lleva sistema de encendido. • Lleva bujías de encendido. • El cable del acelerador acciona una mariposa en el colector de admisión.

4 Se reconocerá un motor diésel por varias razones: • No tiene sistema de encendido. • Lleva bujías de incandescencia (calentadores). • El cable de acelerador actúa sobre una bomba inyectora.

Figura 1.17. Motor Otto (izquierda) y motor diésel (derecha).

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Unidad 1

PRÁCTICA PROFESIONAL 2

Localizar la ubicación del motor de un vehículo e identificar el tipo de tracción del mismo

Herramientas 



Juego de herramientas general del alumno Elevador de 2 o 4 columnas

Material

OBJETIVO Conocer los diferentes sistemas de ubicación del motor, así como el tipo de tracción de un vehículo.



 Vehículos con diferentes sistemas de tracción y disposición del motor

PRECAUCIONES 

Situar correctamente el vehículo en el elevador.

DESARROLLO 1. Colocar un vehículo en el elevador, elevarlo y observar la disposición del motor y el sistema de tracción.

2. En los dos siguientes casos queda del siguiente modo:

• Vehículo con motor delantero en posición transversal. • Tracción delantera.

• Vehículo con motor trasero en posición longitudinal. • Tracción trasera.

Figura 1.18. Distintas disposiciones del motor y tipos de tracción.

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Unidad 1

ACTIVIDADES FINALES

1. Identificar cada uno de los elementos que aparecen a continuación.

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Unidad 1

EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS RESUELVE EN TU CUADERNO O BLOC DE NOTAS

1. ¿Qué indica la abreviatura MEP? a) Es el sinónimo de motor diésel. b) Motor Wankel rotativo. c) Motor Otto. d) Motor eléctrico posterior. 2. Un motor de combustión interna es… a) una máquina que convierte el trabajo en calor. b) una máquina que transforma energía química en térmica y mecánica. c) una máquina que trasforma la energía mecánica en térmica. d) Todas las respuestas son correctas. 3. Según el movimiento del pistón, se puede clasificar el motor de combustión interna en… a) alternativo y giratorio. b) circular y radial. c) pendular y alternativo. d) oscilatorio y giratorio. 4. ¿Qué afirmación es correcta? a) El motor de 2 tiempos Otto suele tener grandes cilindradas. b) El ciclo de trabajo de un motor de 2 tiempos es reducido. c) El motor de 2 tiempos realiza su ciclo de trabajo en una vuelta de cigüeñal. d) El motor diésel de 2 tiempos es generalmente de pequeñas cilindradas. 5. El ciclo de trabajo de un motor diésel de 4 tiempos… a) depende del número de cilindros del mismo. b) es el mismo en todos los motores de 4 tiempos. c) se realiza en dos desplazamientos de pistón. d) es específico de cada motor.

6. ¿Qué es un motor de encendido por compresión? a) Un motor Wankel. b) Un motor de gasolina. c) Un motor de 2 tiempos. d) Un motor diésel. 7. ¿Qué ubicación del motor suele tener un vehículo con tracción integral? a) Motor trasero central. b) Motor delantero exclusivamente. c) Motor delantero central. d) Generalmente motor delantero, aunque puede llevar motor trasero central. 8. ¿Por qué los fabricantes de motores están reduciendo el número de cilindros de los motores? a) Para disminuir las cilindradas de los motores. b) Por economizar componentes y reducir costes. c) Para que los motores generen menos emisiones. d) Todas las respuestas son correctas. 9. En un motor Wankel, ¿cómo se denomina al elemento que sustituye al émbolo o pistón? a) Rotor. b) Cilindro. c) Volante de inercia. d) Biela. 10. ¿Cuál es el ámbito de utilización de los motores diésel de 2 tiempos? a) Vehículos militares. b) Motores de locomotoras y barcos. c) Cortacéspedes y motosierras. d) Vehículos de obras públicas.

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