MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
CARRERA DE INGENIERIA MECANICA
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
TEMA: -MAQUINAS TERMICAS
Vanessa Soledad Pozo Tapia
Fecha: Martes 10 de Septiembre del 2013
MAQUINAS TERMICAS
DEFINICION:Es un dispositivo cuyo objetivo es convertir calor en trabajo mecnico. Para ello utiliza de una sustancia de trabajo (vapor de agua, aire, gasolina) que realiza una serie de transformaciones termodinmicas de forma cclica, para que la mquina pueda funcionar de forma continua.
CARACTERISTICAS:
-La mquina trmica no debe sufrir ninguna variacin permanente, despus se su utilizacin debe quedar cono al inicio -El proceso a partir del cual se produce el trabajo se llama ciclo. El ciclo de una maquina trmica es siempre cerrado -La mquina absorber o perder calor durante las diversas etapas del ciclo de trabajo
FUNDAMENTOS DE LAS MAQUINAS TERMICAS:-1 Principio de la Termodinmica:
-2 Principio de la Termodinmica:
Es imposible la transferencia de calor de un foco frio a otro caliente (sin aporte de energa)
Kelvin: No es posible ningn proceso cuyo resultado sea la conversin completa de calor en trabajo Clausius: No es posible ningn proceso cuyo nico resultado sea la transferencia de calor de un cuerpo frio a otro ms caliente.
DIFERENCIAS ENTRE MAQUINAS TERMICAS Y FRIGORIFICAS:
CLASIFICACIN DE LOS MAQUINAS TRMICASPara la clasificacin de los motores trmicos, adems de los criterios ya mencionados en el caso de mquinas de fluido, se tienen en consideracin dos aspectos adicionales: Si el fluido es condensable (agua) o no condensable (aire). Si el proceso es de combustin externa o interna. En los motores trmicos, la energa del fluido que atraviesa la mquina disminuye, obtenindose energa mecnica. En el caso de generadores trmicos, el proceso es el inverso, de modo que el fluido incrementa su energa al atravesar la mquina. Mquinas trmicas
MotorasVolumtricasAlternativas (Mquina de vapor)
Rotativas (Motor rotativo de aire caliente)
TurbomquinasTurbinas
GeneradorasVolumtricasAlternativas (Compresor de mbolo)
Rotativas (Compresor rotativo)
TurbomquinasTurbocompresores
MQUINAS DE COMBUSTIN INTERNAEn las mquinas de combustin interna, son los gases de la combustin los que circulan por la propia mquina. En este caso, la mquina ser necesariamente de ciclo abierto, y el fluido motor ser el aire (no condensable) empleado como comburente en la combustin
MQUINAS DE COMBUSTIN EXTERNASi la combustin es externa, el calor de la combustin se transfiere al fluido a travs de una pared, por ejemplo en un intercambiador de calor. Este tipo de mquinas no exige un proceso de combustin, como sucede en las instalaciones nucleares, si bien es el procedimiento usual. Dado que el fluido motor no sufre degradacin alguna, estas mquinas pueden ser de ciclo cerrado, a lo que actualmente se tiende por razones econmicas.
TURBINA DE GASEn una Turbina a Gas el fluido de trabajo es un gas. Una turbo mquina motora de reaccin, como la comprensibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas a gas son turbo mquinas trmicas.
MOTOR WANKELEl motor Wankel es un tipo de motor de combustin interna, inventado por Felix Wankel, que utiliza rotores en vez de los pistones de los motores convencionales.Eran particularmente interesantes por funcionar de un modo suave, silencioso y fiable, gracias a la simplicidad de su diseo.
MOTOR DE EXPLOSINEl motor de explosin es un tipo de motor de combustin interna que utiliza la explosin de un combustible, provocada mediante una chispa, para expandir un gas empujando as un pistn. Hay de dos y de cuatro tiempos. El ciclo termodinmico utilizado es conocido como Ciclo Otto.Este motor, tambin llamado motor de gasolina o motor Otto, es junto al motor diesel, el ms utilizado hoy en da en automocin.
MOTOR DISELEs un motor trmico de combustin interna en el cual el encendido se logra por la temperatura elevada que produce la compresin del aire en el interior del cilindro. Diesel tambin reivindic en su patente el uso de polvo de carbn como combustible, aunque no se utiliza por lo abrasivo que es.Observaciones:Para que se produzca la autoinflamacin es necesario emplear combustibles ms pesados que los empleados en el motor de gasolina, emplendose la fraccin de destilacin del petrleo comprendida entre los 220 y 350C, que recibe la denominacin de gasleo.
APLICACIONESVista de un motor marino Maquinaria agrcola (tractores, cosechadoras) Propulsin ferroviaria Propulsin Marina Automvil y camiones Grupos generadores de energa elctrica (centrales elctricas y de emergencia) Accionamiento industrial (bombas, compresores, etc., especialmente de emergencia) Propulsin area.
Turborreactor: El aire entra aspirado por las hlices de un compresor. Despus pasa a la cmara de combustin, donde se inyecta queroseno. La mezcla arde por la alta temperatura y los gases salen por la parte de atrs a gran velocidad. Al salir los gases hacen girar una turbina que, a su vez, hace girar el compresor delantero.
TURBOFANLo usan la mayora de los aviones comerciales y es mucho ms silencioso que el anterior turbojet.. Tiene un ventilador que aumenta el flujo de aire de entrada al motor y adems refrigera el turborreactor. El avance del avin se debe al empuje del ventilador y al de los gases que salen por la tobera final.
DIFERENCIA ENTRE MOTORES DE C.I Y C.E
SEGN PUNTO DE VISTAMCIMCE
Tipo de ciclosCiclo Abierto Ciclos abiertos o cerrados
CombustibleLibera el calor en su interior debido a la combustin.Utilizado para formar vapor fuera de la mquina
GeneracinUn fenmeno qumico en uno mecnicoEl vapor se emplea en realizar trabajo en el interior de la mquina.
Rendimiento Energa mecnica producida y el calor tomado del foco calienteParte del calor producido se puede transformar en trabajo
CiclosOtto, diesel, 4 tiempos, etc.Generacin de vapor y tipo de movimiento.
ConvierteFenmeno qumico en uno mecnicoLa energa trmica en mecnica
Tipo de combustinSon los gases de la combustin los que circulan por la mquina, en este caso ser de ciclo abierto y el fluido motor ser el aire empleado como comburente en la combustin.Se realiza dentro del motor y es la que realiza el trabajo.El calor de la combustin se transfiere al fluido a travs de una pared, por ejemplo en un intercambiador de calor. Maquina y vapor genera el trabajo.
Ejemplos:
MCE Mquina de Vapor MCI ciclo OTTO
MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA COMO SISTEMAS
Es un tipo de mquina que obtiene energa mecnica directamente de la energa qumica de un combustible que arde dentro de una cmara de combustin. Su nombre se debe, a que dicha combustin se produce dentro de la mquina en si misma, a diferencia de, por ejemplo, la mquina de vapor.
Imagen 9: Ideograma 1 Motores como Sistemas
Imagen 10: Ideograma 2 Motores como Sistemas
Imagen 11: Ideograma Motores como Sistemas
Clasificacin de los Motores de Combustin Interna (de acuerdo al principio de transformacin de la energa)
TipoParte ReferencialAplicacin
Alternativo
Rotativo
Reaccin
Mixtos o Combinados
TipoPrincipioAplicacin
AlternativoEn un motor el pistn se encuentra ubicado dentro del cilindro, cuyas paredes le restringen el movimiento lateral, permitiendo solamente un desplazamiento lineal alternativo entre el punto muerto superior (PMS) y el punto muerto inferior (PMI); a dicho desplazamiento se le denomina carrera
Rotativo
ReaccinSi un cuerpo acta sobre otro con una fuerza (accin), ste reacciona contra aqul con otra fuerza de igual valor y direccin, pero de sentido contrario (reaccin).
MOTORES ALTERNATIVOS
DefinicinLos motores de combustin interna alternativos, vulgarmente conocidos como motores de explosin (gasolina) y motores disel, son motores trmicos en los que los gases resultantes de un proceso de combustin empujan un mbolo o pistn, desplazndolo en el interior de un cilindro y haciendo girar un cigeal, obteniendo finalmente un movimiento de rotacin.El funcionamiento cclico de estos motores implica la necesidad de sustituir los gases de la combustin por nueva mezcla de aire y combustible en el interior del cilindro; este proceso se denomina renovacin de la carga. Elementos PrincipalesCigeal:Es un eje acodado, con codos y contrapesos presente en ciertas mquinas que, aplicando el principio del mecanismo de biela - manivela, transforma el movimiento rectilneo alternativo en circular uniforme y viceversa.
Imagen 14: Referencia 10Pistones:Se trata de un mbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos o anillos. Efecta un movimiento alternativo, obligando al fluido que ocupa el cilindro a modificar su presin y volumen o transformando en movimiento el cambio de presin y volumen del fluido.
Imagen 15: BIELACilindros:El cilindro de un motor es el recinto por donde se desplaza un pistn. Su nombre proviene de su forma, aproximadamente un cilindro geomtrico.En los motores de combustin interna tales como los utilizados en los vehculos automotores, se dispone un ingenioso arreglo de cilindros junto con pistones, vlvulas, anillos y otros mecanismos de regulacin y transmisin, pues all es donde se realiza la explosin del combustible, es el origen de la fuerza mecnica del motor que se transforma luego en movimiento del vehculo.
Imagen 16: PARTES DE LOS CILINNDROS
Descripcin de Componentes (Tarea Cuadro con Ilustraciones Reales)
Motores Alternativos de Dos Tiempos y Cuatro Tiempos Ciclo de cuatro tiempos, o 4T en los que el ciclo de trabajo se completa en cuatro carreras del mbolo y dos vueltas del cigeal. En estos motores, la renovacin de la carga se controla mediante la apertura y cierre de las vlvulas de admisin y escape.
Imagen 17: Motor de 4 tiempos Ciclo de dos tiempos, o 2T el ciclo de trabajo se completa en dos carreras del mbolo y una vuelta del cigeal. La renovacin de la carga se logra por barrido, al desplazar la nueva mezcla los gases de la combustin previa, sin la necesidad de vlvulas, (en los diesel lleva de escape) ya que es ahora el propio mbolo el que con su movimiento descubre las lumbreras de admisin y escape (slo ciclo Otto) regulando el proceso.
Imagen 18: Motor de 2 tiempos
Relevancia del Estudio del Motor AlternativoEn nuestro medio el estudio de los motores alternativos es ms relevante que el de los dems, ya que las aplicaciones de motores Rotativos o a Reaccin no es un campo muy desarrollado en nuestro pas, esto se debe a que la industria automotriz es grande mientras que la industria aeronutica no es tan grande.
MOTORES ROTATIVO
Definicin:Es una turbo mquina motora, cuyo fluido de trabajo es un gas. Como la compresibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas a gas son turbo mquinas trmicas. Comnmente se habla de las turbinas a gas por separado de las turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus caractersticas de diseo son diferentes, y, cuando en estos trminos se habla de gases, no se espera un posible cambio de fase, en cambio cuando se habla de vapores s. Las turbinas de gas son usadas en los ciclos de potencia como el ciclo Brayton y en algunos ciclos de refrigeracin. Es comn en el lenguaje cotidiano referirse a los motores de los aviones como turbinas, pero esto es un error conceptual, ya que stos son turborreactores los cuales son mquinas que, entre otras cosas, contienen una turbina de gas.
Imagen 19: Trabajo a gas Elementos Principales:Rotor: La parte giratoria de una mquina, como por ejemplo el rotor de helicptero.
Imagen 20: ROTOR
Alabes:Un labe es la paleta curva de una turbo mquina o mquina de fluido roto dinmica. Forma parte del rodete y, en su caso, tambin del difusor o del distribuidor. Los labes desvan el flujo de corriente, bien para la transformacin entre energa cintica y energa de presin por el principio de Bernoulli, o bien para intercambiar cantidad de movimiento del fluido con un momento de fuerza en el eje.
Imagen 21: Alabes MOTORES A REACCIN
DefinicinEs un tipo de motor que descarga un chorro de fluido a gran velocidad para generar un empuje de acuerdo a las Leyes de Newton. Esta definicin generalizada del motor a reaccin incluye turborreactores, turbofanes, cohetes, estatorreactores y motores de agua pero, en su uso comn, el trmino se refiere generalmente a una turbina de gas utilizada para producir un chorro de gases para propsitos de propulsin.
Elementos PrincipalesTobera:Es un dispositivo que convierte la energa potencial de un fluido (en forma trmica y de presin) en energa cintica. Como tal, es utilizado en turbo mquinas y otras mquinas, como inyectores (dispositivo utilizado para bombear fluidos). El aumento de velocidad que sufre el fluido en su recorrido a lo largo de la tobera es acompaado por una disminucin de su presin y temperatura, al conservarse la energa.
Imagen 22: ToberaDifusor:Son vlvulas que cambian su seccin de paso cuando se modifican las propiedades del fluido que las cruza. Los carburadores son las mquinas que los utilizan con mayor frecuencia aunque sirven tambin en otros mezcladores.
Imagen 23: Difusor
MOTORES ROTATORIOS
DefinicinEs un tipo de motor de combustin interna, inventado por Flix Wankel, que utiliza rotores en vez de los pistones de los motores alternativos.Es un motor Alternativo.
Funcionamiento:En un motor alternativo; en el mismo volumen (mililitros) se efectan sucesivamente 4 diferentes trabajos admisin, compresin, combustin y escape. En un motor Wankel se desarrollan los mismos 4 tiempos pero en lugares distintos de la carcasa o bloque; con el pistn movindose continuamente de uno a otro. Ms concretamente, el cilindro es una cavidad con forma de 8, dentro de la cual se encuentra un rotor triangular o tringulo lobular que realiza un giro de centro variable. Este pistn comunica su movimiento rotatorio a un cigeal que se encuentra en su interior, y que gira ya con un centro nico.
Imagen 24: Motor rotativo
AplicacionesTiene aplicaciones en la parte automotriz, las ms conocidas son los motores que utilizan algunos autos de la marca Mazda
Imagen 25: MAZDA
Diferenciacin con los RotativosEl motor Rotativo es un motor Alternativo, ya que para cada porcin de aire suceden los ciclos operativos de manera alternativa, no de forma continua como en un motor rotativo.Como hemos visto el Motor Wankel es un motor alternativo, el siguiente grafico muestra la comparacin con los tiempos en un motor alternativo de pistones
Imagen 26: Motor Wankel
Bibliografa org/wiki/Sistema termicos www.alegsa.com.ar/Dic/maquinas termicas.php www.definicion.org/maquinas termicas http://www.conae.gob.mx/work/secciones/2601/imagenes/lubricacion.pdf
