Motor de Combustión Interna

Índice

Historia

¿Cómo se dio inicio, que experiencias hubo?, Antigüedad, Lebon, Lenoir, Rochas, Otto, Diesel.

Funcionamiento

¿Qué es el motor de combustión interna?; partes esenciales fijas, móviles, complementarias, como funciona, válvulas.

Tipos de motores

¿Cómo de clasifican los motores?; motor de cuatro tiempos, dos tiempos, motor wankel, etc.

Desventajas

Emisión de gases contaminantes, cuales son estos gases.

1. HISTORIA ¿Cómo se dio inicio, que experiencias hubo? Los orígenes de los motores son muy remotos. Especialmente si se consideran los inicios o precedentes de algunos elementos constitutivos de los motores, imprescindibles para su funcionamiento como tales.

a- Prehistoria. El pistón de fuego se usaba en el Sureste de Asia y en las islas del Pacífico para encender el fuego, aprovechando la compresión adiabática del aire en un cilindro de madera y un pistón.

b- Siglo III dC: Sistema biela-manivela empleado en el molino de agua romano de una serrería en Hierápolis. Este mecanismo es básico en muchos motores.

c- 673: Invención del fuego griego. Implicaba la fabricación, el almacenamiento y la manipulación en combate de un combustible líquido y peligroso. Y el uso de un sistema de aire forzado (por fuelles), y de válvulas de paso.

d- Hubieron varios ensayos y propuestas, pero no fue hasta que el ingeniero francés Lebon, inventor del gas de alumbrado, según se deduce de las descripciones que dejo al pedir privilegios en 1799 y 1801, la última de las cuales estaba expresada así: “Voy a indicar el modo de recoger la fuerza expansiva del gas, moderar su energía y utilizarla según las necesidades y robustez de la maquina a la que debería servir. En el cilindro A tiene lugar la combustión del gas inflamable que es admitido por el tubo B, mientras que el aire atmosférico necesario para la combustión es admitido por el tubo C. El cilindro A recibe los vapores producidos por esta combustión y su embolo intercepta la comunicación entre una y otra parte del cilindro.Exteriormente el vástago del embolo se subdivide en otros 3 vástagos, uno de ellos hace mover el embolo de una bomba de doble efecto para el aire atmosférico, el segundo mueve una bomba de igual destinada al gas inflamable, y el tercero, en fin, ira aplicado a la resistencia que se trata de vencer. En cuanto a la inflamación podrá disponerse de una maquina eléctrica, movida por la del gas, de modo que repita las detonaciones en instantes cuyas intermitencias podrían ser previamente establecidas y reguladas”. Lebon fue asesinado en 1804.

e- 1860. Félix Wankel patenta un nuevo tipo de motor rotativo que utiliza un mecanismo de rotación directa, sin bielas.En el motor Wankel al igual que otros hay cuatro tiempos, pero estos se efectúan en distintos lugares de la cascasa o bloque; con el pistón moviéndose continuamente de uno a otro.

f- 1860: Lenoir consigue concretar la idea de Lebon. El primer motor de combustión interna alternativo con cierto éxito comercial se atribuye al belga, de ascendencia luxemburguesa, Étienne Lenoir, que en 1860 solicitó una patente cuyo título en su versión del privilegio real español ES 2 140 PR era Motor de aire dilatado con la combustión de los gases por medio de la electricidad. El motor de Lenoir, del que la Figura anterior muestra unos dibujos de la patente estadounidense US 31 722, era un mono cilíndrico de dos tiempos sin compresión previa de la mezcla, formada por gas de hulla y aire. El motor de Lenoir era muy ruidoso y con tendencia a sobrecalentarse y a gripar si no se refrigeraba intensamente. Su rendimiento era bajo por la ausencia de compresión previa y por la pequeña relación de expansión, debido a esto solo fue usado por la pequeña industria. A pesar de eso, se vendieron cerca de quinientos ejemplares, con potencias comprendidas entre 6 y 20 HP, hasta que nuevos avances lo fueron arrinconando.

g- 1862: Beau de Rochas presenta un estudio: “Nuevas investigaciones practicas del uso del calor” con instrucciones para obtener provecho a la fuerza elástica de los gases. El estudio indicaba seguir lo siguiente:

1) Que el cilindro tenga el mayor volumen posible, bajo la forma de menor superficie periférica.

2) Que el embolo adquiera la mayor velocidad posible.3) Que los gases se dilaten cuanto puedan y que tengan la máxima

presión inicial, para lograr esto proponía:I. Aspirar la mescla detonante durante una carrera completa

del embolo.II. Comprimir la mescla durante la siguiente carrera.

III. Inflamarla en el punto muerto y obtener la expansión durante la siguiente carrera.

IV. Expulsar los gases quemadores del cilindro durante la cuarta y última carrera.

Según esta descripción nos indica que Rochas es el inventor del motor de cuatro tiempos.

h- 1862: El alemán Nikolaus Otto empieza a fabricar un motor de gas. Se trataba del motor sin compresión de Lenoir con un pistón libre.

i- 1863: Nikolaus Otto, patenta en Inglaterra y otros países el primer motor de gas con ciclo de 4 tiempos (a compresión) diseñado en colaboración con Eugene Langen y lo empieza a fabricar en 1864.

j- 1864: Nikolaus Otto fue el primero en fabricar y vender un motor de gas. Se trataba del motor sin compresión con un pistón libre con un buen rendimiento en su época. En la exposición Universal de París de 1867, el jurado le da el primer premio, dado que tiene unas prestaciones mucho más altas comparándolo con el de Lenoir que no es de compresión. Funcionaba con un mecanismo de piñón cremallera como se puede apreciar en la figura. Tuvo un gran éxito en el mercado de pequeños motores estacionarios.

k- 1878: Otto hace realidad el motor de Beau de Rochas.

l- 1893: Diesel construye en motor con encendido por compresión, esto se da en el segundo periodo, por efecto de la compresión que se realiza dentro del mismo cilindro, se cierra la válvula de aspiración y el embolo en su ascenso comprime el aire a una presión que muchas veces llega a sobrepasar una presión de 35kgs. Por centímetro cuadrado, alcanzando entonces una temperatura aproximada de 500ºC. cuatro años más tarde el motor alcanza un rendimiento de 26%, potencia de 14,7kw (20cv).

2. Funcionamiento

¿Qué es el motor? ¿Cuáles son sus partes esenciales?

Un motor de combustión interna es una máquina que obtiene energía mecánica a partir de energía química, producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión. Los motores de combustión interna según el tipo de combustible pueden ser motores de explosión o gasolina y motores diesel.

En los motores gasolineras, la mescla de combustible y aire es efectuada por un dispositivo denominado carburador, dicha mescla entra en la cámara de combustión,

Donde es comprimida y, finalmente, encendida mediante una chispa producida por una bujia.

En los motores de aire diesel el aire es comprimido y como consecuencia, calentado, luego el combustible finalmente pulverizado se quema al encontrarse con el aire comprimido y caliente, sin necesidad de chispa electrica.

¿CUÁLES SON ELEMENTOS FIJOS DEL MOTOR?

BLOQUE DE CILINDROSEs una pieza fija fundamental principal de sustentacion de todos los elementos del motor, en ella se mueven los pistones y bielas en el interior de los cilindros, donde se sujeta y gira el cigüeñal. Esta pieza incluye los conductos para la refrigeracion y la lubricacion. El bloque esta construido en aleaciones de aluminio.

CULATAEs la pieza del motor que cierra el bloque de cilindros por la parte superior y forma la pared fija de la camara de combustion, en ella se colocan las valvulas, las bujias, los inyectores, el eje de Levas, dependiendo del tipo del motor. La culata de cilindros, esta hecha de aleacion de aluminio por su gran conductividad termica.

CARTER

El Carter de aceite o Carter inferior es una pieza de chapa de acero, obtenida por embutición, cuya función es de cerrar el motor por la parte inferior, además de servir como depósito para el aceite de engrase del motor.

COLECTORES

Son tubos encargados de comunicar los orificios de la culata para la entrada y salida de los gases; los de entrada con la alimentación y los de salida con el tubo de escape.

¿CUÁLES SON LOS ELEMENTOS MOVILES MOTOR?

PISTON

Es el elemento que se mueve en todo el cilindro con la expansión de los gases incandescentes, comprime la mescla, transmite la presión del combustible al cigüeñal a través de la biela, fuerza la salida de los gases resultantes de la combustión en la carrera de escape y produce un vacío en el cilindro que aspira la mezcla en la carrera de aspiración. La parte superior del pistón se llama cabeza y la interior falda.

ANILLOS

Son unos aros abiertos (para permitir su dilatación y montaje), van alojados en las ranuras de las cabezas de los pistones. Tienen la misión de asegurar la estanquiedad entre el cilindro y el pistón, para evitar que haya fuga de gases. Tienen que facilitar el engrase del cilindro. Son arrastrados por el pistón en su movimiento.

BIELA

Es una pieza que se encuentra sujeta por una de los extremos a un pistón que realiza un movimiento en línea recta , y por el otro a un cigüeñal,(ambos extremos articulados) siendo capaz de esta manera, de transformar un movimiento lineal alternativo en un movimiento de rotación y viceversa.

CIGÜEÑAL

Esta pieza funciona para convertir los movimientos rectilíneos en movimientos circulares, girando alrededor de su propio eje al recibir los impulsos de las bielas en los tiempos motrices. Para evitar desgaste en estas partes los motores llevan unos cojinetes fabricados en un material suave llamados “metales” los cuales son lubricados continuamente con aceite. El cigüeñal está sometido a esfuerzos de compresión, tracción, flexión y torsión.

VOLANTE

Es un disco dentado cuya función es regular el giro del motor. El volante con la inercia que adquiere en la bajada del pistón tras la explosión, hace girar el cigüeñal y vuelve a subir el pistón. Todo esto se produce de una forma continua y suave.

¿CUÁLES SON LOS OTROS ELEMENTOS IMPORTANTES DEL MOTOR?

BATERIALa batería es un acumulador de energía que cuando se le alimenta de corriente continua, transforma energía eléctrica en energía química y viceversa. La batería es una fuente de energía independiente del motor de combustión interna, cuando el motor térmico está apagado este abastece de energía a los consumidores.

ALTERNADOR

El alternador es una maquina eléctrica rotatoria, generadora de corriente alterna, transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Es el encargado de proporcionar la energía eléctrica necesaria a los consumidores del automóvil (encendido, luces, motores de limpia parabrisas, cierre de ventanas, etc.), también abastece a la batería.

ARRANCADOR

Un motor no puede ponerse en marcha por si solo necesita de un medio auxiliar que lo haga girar hasta que se produzcan las primeras explosiones. El arrancadores un pequeño motor eléctrico de corriente continua alimentado por la batería. Debe ser capaz de vencer las resistencias que oponen las compresiones, rozamientos, etc.

CARBURADOR

Aparato que prepara una correcta mescla de combustible y aire en los motores de explosión para luego enviarla a la cámara de combustión. Se encuentra ubicada en la parte superior del motor montado en el múltiple de admisión.

¿Qué son los sistemas de válvulas? ¿Cómo funcionan?

En los motores de combustión interna pueden existir dos tipos de válvulas: las válvulas de admisión, encargadas de permitir la entrada de gases frescos al cilindro y las válvulas de escape, las que a su vez permiten la salida de los gases quemados al exterior.Ambas funcionan por un accionamiento mecánico acoplado al cigüeñal del motor a través de un mecanismo de engranes, de cadena y catalina, o de correa y polea dentadas, que garantiza el adecuado sincronismo entre el movimiento del pistón y el momento de la apertura y cierre de las válvulas, debido a que son mecanismos de transmisión sin patinaje. El mecanismo de transmisión señalado, hace girar un árbol con levas llamado árbol de levas, en el árbol de levas existe una leva por cada una de las válvulas, estas levas accionan sendos empujadores o pulsadores los que en el extremo opuesto a la leva se apoyan los vástagos de las válvulas, de manera que cuando el árbol de levas gira, la leva mueve el empujador y este a su vez acciona la válvula y la abre, un resorte recuperador se ocupa de cerrarla "siguiendo" el perfil de la leva. Vale aclarar que para el motor de cuatro tiempos, el árbol de levas gira la mitad de las vueltas que el cigüeñal debido a que el ciclo de trabajo se completa por cada dos vueltas de este. Esquema 1. MecanismoDe empuje de una VálvulaEl esquema 1 ilustra la acción leva-válvula para uno de los tipos de montaje de ellas, conocido como válvulas en L o laterales, que como veremos más adelante han quedado casi en desuso, aunque por su simplicidad resulta bueno para la comprensión.

Sistemas de montaje de las válvulas.Aunque en todos los casos las válvulas se accionan con un árbol de levas a través de un taqué, en el desarrollo del motor, estas, y su mecanismo de accionamiento, han ido cambiando de posición y de diseño dentro del bloque por diferentes razones. A continuación haremos una descripción de los sistemas utilizados que son:

1. Válvulas en L o laterales 2. Válvulas a la cabeza. 3. Árbol de levas sobre cabeza.

Válvulas en L.Este método de sistema de válvulas por su simplicidad fue el primero en utilizarse, pero tiene fuertes desventajas que hicieron que fuera abandonado por el uso de las válvulas a la cabeza que se describen más

abajo. Hoy en día todavía pueden

encontrarse pequeños motores mono-cilíndricos dotados de ese tipo de válvulas.

Esquema 2. Válvula en L

En el esquema 2 se muestra un esquema del montaje de ese tipo de válvulas. Note la simplicidad del mecanismo, en él, el árbol de levas se mueve por la acción de un par de ruedas dentadas desde el cigüeñal (no representadas) ya que la distancia cigüeñal-árbol de levas es corta y puede cubrirse perfectamente con engranes. El empujador se apoya directamente en el árbol de levas, y a continuación, arriba, está la válvula, que se mueve en una guía montada en el bloque del motor. El resorte se monta en una oquedad apropiada dentro del mismo bloque. Además de la simplicidad inherente al mecanismo, se tiene la ventaja adicional de que por la posición vertical y hacia abajo de la válvula, el aceite está por diseño eliminado como problema.Este método, tiene el inconveniente de que resulta imprescindible un espacio sobre la válvula para permitir su movimiento. Este espacio inevitable resulta finalmente parte del volumen de la cámara de combustión, lo que implica que el volumen final sea relativamente grande, afectando la posibilidad de obtener relaciones de compresión elevadas que son claves para mejorar la eficiencia del motor. Inicialmente este problema no era tan importante debido al octanaje bajo de las gasolinas que impedían relaciones de compresión altas, pero luego, se convirtió en un problema grave ya que las gasolinas fueron mejorando en ese sentido y con este método no podían aprovecharse plenamente para mejorar la eficiencia del motor.Dado este inconveniente, los ingenieros automotrices crearon las válvulas a la cabeza que permiten reducir notablemente el volumen de la cámara de combustión.

Válvulas a la cabeza.

Figura 3. Válvulas a la cabeza En el figura 3 se muestra de forma esquemática el mecanismo completo del accionamiento de las válvulas a la cabeza, el nombre proviene del hecho de que estas están en la parte superior de motor.En este caso el árbol de levas también está acoplado al cigüeñal por medio de un engranaje, pero las válvulas son accionadas a través de un mecanismo más complejo. Observe que sobre los taqués que siguen el perfil de las levas hay unas varillas relativamente largas que accionan piezas en forma de balancín. Este balancín pivota cerca del centro y en el extremo opuesto acciona la válvula.Con esta nueva disposición se puede lograr una notable disminución de la cámara de combustión, ya que la cabeza de la válvula puede moverse hacia el volumen dejado por el pistón cuando baja en la carrera de admisión, durante la apertura, y se cierra durante la carrera de compresión, por lo que nunca estaría en el camino del pistón en su movimiento. Se puede decir que las válvulas "persiguen" el pistón para ocupar el espacio dejado por este en la cámara de combustión. Se comprenderá que es muy importante acoplar los engranes del cigüeñal y el árbol de levas de manera precisa, o de lo contrario se corre el riesgo del choque entre válvulas y pistón con consecuencias desastrosas para el motor.

El principal inconveniente de este método es el peso de todo el conjunto, ya que a las válvulas en L se le han agregado, las varillas y los balancines. Este peso adicional se convierte en un problema cuando sube la velocidad de giro del motor, debido a que la inercia del sistema puede llegar a ser tal, que el mecanismo no pueda seguir el perfil de las levas. Tenga en cuenta que en un motor actual que puede girar a más de 7000 RPM el tiempo total del proceso de apertura y cierre de las válvulas es muy breve, lo que implica una alta velocidad de movimiento de las piezas que tienen en general un movimiento reciprocante.Este asunto, junto con la tendencia de los motores a ser cada vez más rápidos hizo que sus problemas inerciales se convirtieran en una limitante del desarrollo. Pero la limitante estaba en el peso, no en la posición de las válvulas, ya que este método había demostrado su efectividad en el incremento de la eficiencia del motor. Ante esto, los fabricantes comenzaron a pasar al árbol de levas sobre cabeza del motor, accionando directamente las válvulas sin varillas ni balancines intermedios. La velocidad de giro podía seguirse incrementando.Árbol de levas sobre cabeza.Como el cigüeñal generalmente está en la parte inferior del motor, el asunto de colocar el árbol de levas en la parte alta del motor para que accione directamente las válvulas, y con ello reducir el peso del mecanismo, incrementaba notablemente la distancia entre ellos, por lo que ya no podía ser posible el uso de un par de ruedas dentadas para transmitir el movimiento. Pero, debido al desarrollo tecnológico y a la posibilidad de cada vez mejores materiales para construir cadenas y

correas, se acudió a ellas para salvar el gran espacio intermedio. Figura 5. Accionamiento por correa

En la figura 5 se muestra un esquema de árbol de levas sobre cabeza accionado por una correa dentada para evitar el patinaje. En el esquema puede verse que se usa una rueda tensora para mantener la tensión en la correa.Aquí se han eliminado varias piezas del mecanismo tradicional de válvulas a la cabeza, y el árbol de levas mueve directamente las válvulas con el uso de un empujador hueco en forma de vaso invertido, el que sirve a su vez para evitar la entrada de aceite al vástago de la válvula. Note que en este caso no existe ningún dispositivo para regular la holgura entre válvula y empujador, por lo que esta regulación en caso de ser necesaria se hace cambiando el taqué por otro de dimensiones adecuadas que están disponibles en el mercado. El inconveniente mayor de este modo de trasmisión es la relativa poca durabilidad de la correa, por lo que debe sustituir como parte del mantenimiento de rutina programado por el fabricante (normalmente entre 60,000 y 80,000 Km) so pena de su fractura y el riesgo de choque entre pistones y válvulas.No obstante, como las correas no requieren lubricación, sino todo lo contrario, estar lejos del aceite, estas siempre están como una pieza externa del motor y su cambio es relativamente fácil.En la figura 6 aparece otro esquema de trasmisión de los árboles de levas sobre cabeza, pero en este caso por cadena.En cuanto a la forma de contacto entre las levas y las válvulas se distinguen dos tipos básicos, los de leva sobre vaso invertido que ya vimos, y el de palanca pivotante, ambos se muestran a continuación en las figuras 7 y 8.

Figura 6. Accionamiento por cadena

Figura 7. Modo de leva sobre vasoInvertido

Figura 8. Modo de leva sobre Palanca pivotante

3. Tipos de motores

Principalmente los motores se clasifican en: dos tiempos, cuatro tiempos y Wankel, primero mencionaremos estos luego ya se dada otra clasificación complementaria.

MOTOR DE DOS TIEMPOS

Este tipo de motores se caracteriza porque el ciclo se completa en dos carreras del émbolo o, lo que es lo mismo, en una revolución, es decir, en 360 grados de giro de cigüeñal. Los procesos que tienen lugar son los mismos que en un motor de cuatro tiempos, aunque conmenor duración angular. La diferencia fundamental reside en el proceso de renovación de la carga, ya que en estos motores la mayor parte de los procesos de escape y de admisión ocurre simultáneamente, en lo que se denomina proceso de barrido. Como ese término indica, el pistón no expulsa los gases quemados y aspira los gases frescos, sí que son los gases frescos, que se encuentran a mayor presión que los gases en el cilindro, los que barren a los gases quemados hacia el escape.

Fase de admisión-compresión

El pistón se desplaza hacia arriba (la culata) desde su punto muerto inferior, en su recorrido deja abierta la lumbrera de admisión. Mientras la cara superior del pistón realiza la compresión en el Carter, la cara inferior succiona la mezcla de aire y combustible a través de la lumbrera. Para que esta operación sea posible el cárter tiene que estar sellado. Es posible que el pistón se deteriore y la culata se mantenga estable en los procesos de combustión.

Fase de explosión-escape

Al llegar el pistón a su punto muerto superior se finaliza la compresión y se provoca la combustión de la mezcla gracias a una chispa eléctrica producida por la bujía. La expansión de los gases de combustión impulsa con fuerza el pistón que transmite

su movimiento al cigüeñal a través de la biela. En su recorrido descendente el pistón abre la lumbrera de escape para que puedan salir los gases de combustión y la lumbrera de transferencia por la que la mezcla de aire-combustible pasa del cárter al cilindro. Cuando el pistón alcanza el punto inferior empieza a ascender de nuevo, se cierra la lumbrera de transferencia y comienza un nuevo ciclo.

Los motores de 2 tiempos pueden ser de uno a 4 cilindros, y las disposiciones de estos en el block pueden ser iguales a los motores de 4 tiempos.

MOTOR DE CUATRO TIEMPOS

1-Primer tiempo o admisión: en esta fase el descenso del pistón (el pistón es una casa muy grande) aspira la mezcla aire combustible en los motores de encendido provocado o el aire en motores de encendido por compresión. La válvula de escape permanece cerrada, mientras que la de admisión está abierta. En el primer tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas da 90º y la válvula de admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente.

2-Segundo tiempo o compresión: al llegar al final de carrera inferior, la válvula de admisión se cierra, comprimiéndose el gas contenido en la cámara por el ascenso del pistón. En el 2º tiempo el cigüeñal da 360º y el árbol de levas da 180º, y además ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente.

3-Tercer tiempo o explosión/expansión: al llegar al final de la carrera superior el gas ha alcanzado la presión máxima. En los motores de encendido provocado o de ciclo Otto salta la chispa en la bujía, provocando la inflamación de la mezcla, mientras que en los motores diesel, se inyecta a través del inyector el combustible muy pulverizado, que se auto inflama por la presión y temperatura existentes en el interior del cilindro. En ambos casos, una vez iniciada la combustión, esta progresa rápidamente incrementando la temperatura y la presión en el interior del cilindro y expandiendo los gases que empujan el pistón. Esta es la única fase en la que se obtiene trabajo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º mientras que el árbol de levas da gira, ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente.

4 -Cuarto tiempo o escape: en esta fase el pistón empuja, en su movimiento ascendente, los gases de la combustión que salen a través de la válvula de

escape que permanece abierta. Al llegar al punto máximo de carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión, reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de 90º.

MOTOR WANKEL

El motor Wankel es un tipo de motor de combustión interna, inventado por

Félix Wankel, que utiliza rotores en vez de los pistones de los motores alternativos. Un motor rotativo o Wankel, en honor a su creador el Dr. Félix Wankel, es un motor de combustión interna que funciona de una manera completamente diferente de los motores alternativos. En un motor alternativo; en el mismo volumen (mililitros) se efectúan sucesivamente 4 diferentes trabajos —admisión, compresión, combustión y escape. En un motor Wankel se desarrollan los mismos 4 tiempos pero en lugares distintos de la carcasa o bloque; con el pistón moviéndose continuamente de uno a otro. Más concretamente, el cilindro es una cavidad con forma de 8, dentro de la cual se encuentra un rotor triangular que realiza un giro de centro variable. Este pistón comunica su movimiento rotatorio a un cigüeñal que se encuentra en su interior, y que gira ya con un centro único. Al igual que un motor de pistones, el rotativo emplea la presión creada por la combustión de la mezcla aire-combustible. La diferencia radica en que esta presión está contenida en la cámara formada por una parte del recinto y sellada por uno de los lados del rotor triangular, que en este tipo de motores reemplaza a los pistones. El rotor sigue un recorrido en el que mantiene sus 3 vértices en contacto con el "freno", delimitando así tres compartimentos separados

De mezcla. A medida que el rotor gira dentro de la cámara, cada uno de los 3 volúmenes se expande y contraen alternativamente; es esta expansión-contracción la que succiona el aire y el combustible hacia el motor, comprime la mezcla, extrae su energía expansiva y la expele hacia el escape.

4. DESVENTAJAS 4.1.Gases emitidos

Los gases emitidos por un motor de combustión interna de gasolina son, principalmente, de dos tipos: inofensivos y contaminantes.Los primeros están formados, fundamentalmente, por Nitrógeno, Oxígeno, Dióxido de Carbono, vapor de agua e Hidrógeno. Los segundos o contaminante están formados, fundamentalmente, por el Monóxido de Carbono, Hidrocarburos, Óxidos de Nitrógeno y Plomo.InofensivosEl Nitrógeno es un gas inerte que se encuentra presente en el aire que respiramos en una concentración del 79%. Debido a las altas temperaturas existentes en el motor, el Nitrógeno se oxida formando pequeñas cantidades de Óxidos de Nitrógeno, aunque sea un gas inerte a temperatura ambiente.El Oxígeno es uno de los elementos indispensables para la combustión y se encuentra presente en el aire en una concentración del 21%. Si su mezcla es demasiado rica o demasiado pobre, el Oxígeno no podrá oxidar todos los enlaces de Hidrocarburos y será expulsado con el resto de los gases de escape.El vapor de agua se produce como consecuencia de la combustión, mediante la oxidación del Hidrógeno, y se libera junto con los gases de escape.El Dióxido de Carbono producido por la combustión completa del Carbono no resulta nocivo para los seres vivos y constituye una fuente de alimentación para las plantas verdes, gracias a la fotosíntesis. Se produce como consecuencia lógica de la combustión, es decir, cuanto mayor es su concentración, mejor es la combustión. Sin embargo, un incremento desmesurado de la concentración de Dióxido de

Carbono en la atmósfera puede producir variaciones climáticas a gran escala (el llamado efecto invernadero).ContaminantesEl Monóxido de Carbono, en concentraciones altas y tiempos largos de exposición puede provocar en la sangre la transformación irreversible de la Hemoglobina molécula encargada de transportar el oxígeno desde los pulmones a las células del organismo, en Carboxihemoglobina, incapaz de cumplir esa función. Por eso concentraciones superiores de CO al 0,3 % en volumen resultan mortales.La falta de oxígeno en la combustión hace que ésta no se produzca completamente y se forme Monóxido de Carbono en lugar de Dióxido de Carbono. En un vehículo, la aparición de mayores concentraciones en el escape de CO indica la existencia de una mezcla inicial rica o falta de oxígeno.Los Hidrocarburos, dependiendo de su estructura molecular, presentan diferentes efectos nocivos. El Benceno, por ejemplo, es venenoso por sí mismo, y la exposición a este gas provoca irritaciones de piel, ojos y conductos respiratorios; siEl nivel es muy alto, provocará depresiones, mareos, dolores de cabeza y náuseas. El Benceno es uno de los múltiples causantes de cáncer. Su presencia se debe a los componentes incombustibles de la mezcla o a las reacciones intermediasDel proceso de combustión, las cuales son también responsables de la producción de Aldehídos y Fenoles.La presencia simultánea de Hidrocarburos, Óxidos de Nitrógeno, rayos ultravioleta y la estratificación atmosférica conduce a la formación del smog fotoquímico, de consecuencias muy graves para la salud de los seres vivos.Los Óxidos de Nitrógeno no sólo irritan la mucosa sino que en combinación con los Hidrocarburos contenidos en el smog y con la humedad del aire producen Ácidos Nitrosos, que posteriormente caen sobre la tierra en forma de lluvia ácida y contaminan grandes áreas, algunas veces situadas a cientos de kilómetros del lugar de origen de la contaminación.El Plomo es el metal más peligroso contenido en los aditivos del combustible. Inhalado puede provocar la formación de coágulos o trombos en la sangre, de gravísimas consecuencias patológicas. Se encuentra presente en las gasolinasEn forma de Tetra-etilo de Plomo y se utiliza en su producción para elevar su índice de octano y, también, en motorizaciones antiguas como lubricante de los asientos de válvulas. En las gasolinas sin Plomo se ha sustituido este metalPor otros componentes menos contaminantes que también proporcionan un alto índice de octano.

4.2.Rendimiento

Como todos sabemos, un motor de combustión interna es una máquina que transforma energía mediante el siguiente proceso:

Energía química ------ Energía térmica ----- Energía mecánicaCombustible ------ Combustión ----- Desplazamiento del pistón

La energía contenida en el combustible se transforma en calor mediante la combustión. De este modo, al aumentar la temperatura de los gases, hacemos que aumente la presión dentro del cilindro (los gases aumentan de volumen al subir de temperatura y viceversa); lo que hace que mueva el pistón, obteniéndose energía mecánica.

La ecuación para calcular el balance de rendimiento (al que llamamos η) es ésta:

Energía obtenidaη = ______________. 100 (%)Energía aportada

El rendimiento del motor será mayor cuanto menos sean las pérdidas durante la transformación.

Pérdidas de energía

- Pérdidas de calor: Producidas por el sistema de refrigeración, la radiación de calor al exterior y los gases de escape.

- Pérdidas mecánicas: Rozamiento de piezas en movimiento y accionamiento de disposivos auxiliares (bomba de agua, bomba de aceite, etc.).

- Pérdidas químicas: Motivadas por una combustión incompleta (mala carburación, mal reglaje de válvulas, etc.).

Tipos de rendimiento

- Rendimiento térmico: El rendimiento térmico será mayor cuanto más alta sea la temperatura alcanzada y menores sean las pérdidas de calor.

Las pérdidas de calor a través de los gases de escape suponen el 35% en los motores Otto y el 30% en los motores Diesel:

Por el sistema de refrigeración se evacua aproximadamente el 30% del calor en ambos motores.

Del 100% de la energía calorífica que posee el combustible, los motores de combustión interna sólo son capaces de transformar entre el 35% y el 50%. ¿Preocupante, verdad?

- Rendimiento de motores Otto: de 35% a 40%.- Rendimiento de motores Diesel: de 40% a 50%.

Rendimiento mecánico

Se podría expresar como la relación que existe entre la potencia efectiva que se obtiene en el eje del motor y la potencia indicada que se obtiene en el diagrama de trabajo, el cual expresa el trabajo interno obtenido dentro del cilindro y en el que no intervienen las pérdidas mecánicas.

El conjunto de pérdidas mecánicas supone entre un 10% y un 15%.

Rendimiento efectivo

Balance final de pérdidas:

Motores Otto:- Pérdidas térmicas: 60% - 65%- Pérdidas mecánicas: 10% - 15%- Total pérdidas: 70% - 75%- Rendimiento efectivo: 25% - 30%

Motores Diesel- Pérdidas térmicas: 50% - 60&- Pérdidas mecánicas: 10% - 15%- Total pérdidas: 60% - 70%- Rendimiento efectivo: 30% - 40%

Rendimiento volumétrico

Se puede definir como la eficacia con que se logra llenar el cilindro. Se expresa como la relación entre la masa de gas que es introducida en el cilindro y la masa que teóricamente cabe en el cilindro.

El llenado de los cilindros influye directamente sobre el par y, por tanto, sobre la potencia desarrollada por el motor, ya que cuanto mejor sea llenado, más energía se obtiene de la combustión.

La presión interna del cilindro al final de la carrera de compresión es siempre inferior a la atmosférica y está entre 0.8 y 0.9 bares. El rendimiento volumétrico máximo está entre el 70% y el 90% y depende de varios factores:

- Régimen de giro- Las condiciones ambientales exteriores, que determinan la densidad del aire.- El diagrama de distribución- La sección de las válvulas y los conductos de admisión- La eficacia de barrido de los gases quemados

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