Motores

Automoción. Historia. Partes fundamentales. Tipos. Cilindros. Medio ambiente

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Motor

Sistema material que transforma una determinada clase de energía (hidráulica, Química, eléctrica, etc. ) en energía mecánica. Máquina destinada a producir movimiento a expensas de otra fuente de energía.

Historia del motor

En 1712 el inventor inglés Thomas Newcomen (1663-1729) construye una máquina de vapor con pistones y cilindros que resulta muy eficiente,

En el 1782 el ingeniero escocés James Watt (1736-1819) construye una máquina a vapor mucho más eficiente que la máquina de Newcomen anteriormente construida.

El ingeniero franco-belga Etienne Lenoir (1822-1900) construye en 1859 un motor de combustión interna.

El alemán Nikolaus Otto (1832-1892) construye un motor de 4 tiempos

en 1877.

El ingeniero inglés Charles Parsons (1854-1931) diseña el primer generador electrónico de turbina a vapor.

En el 1892 el alemán Rudolf Diesel inventa un motor que funciona con un combustible que se prende a gran presión. En la práctica el motor resulta ser mucho más eficiente que los motores de combustión interna existentes en aquel momento.

En el 1970 se utiliza el motor a reacción con turborreactor, el más frecuente hoy en día en los aviones, sustituyendo a los antiguos motores 4 tiempos con hélices.

Estas son las partes fundamentales de un motor:

Cilindro: Es el espacio donde la carga se presiona y explota comprimida por el pistón. De su capacidad de pende en gran parte la potencia del motor.

Pistón: Está situado dentro del cilindro y es el encargado de presionar y expulsar la carga para que esta cumpla su cometido. Aguantan hasta 15 T de presión.

Biela: Es la unión entre el pistón y el cigüeñal. Junto con el pistón se desplazan por el cilindro hasta 6000 veces por minuto a unos 500 Km/h o más.

Válvula de salida: Es la compuerta por donde salen los gases resultantes al tubo de escape.

Válvula de entrada : por esta compuerta entra el combustible proveniente del carburador. Cuantas más válvulas, mas combustible, con lo que aumenta la potencia y el consumo.

Escape : Por aquí son conducidos los gases al silenciador del tubo de escape, los cuales pasan por un catalizador que disminuye los efectos negativos en el Medio Ambiente

Conducto del carburador : El carburador mezcla la gasolina con el aire (carga) y por aquí pasa al cilindro pasando por la válvula de entrada.

Cigüeñal : eje que convierte el movimiento de subida y bajada de los pistones en movimiento rotatorio.

Bujía : Inflama el combustible que hace descender el pistón por cilindro. Para que funcione bien un motor, la chispa debe llegar en el momento oportuno al cilindro, antes se quema de forma desigual, mas tarde se pierde potencia.

Volante : Pesado volante fijado al cigüeñal para coordinar el movimiento de los cilindros individuales.

Motor de combustión interna

Cualquier tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor. Ejemplos: el motor cíclico Otto, el motor diesel, el motor rotatorio y la turbina de combustión.

Motores cíclicos Otto

El motor convencional del tipo Otto es de cuatro tiempos, es decir, que el ciclo completo del pistón tiene cuatro fases, dos hacia el cabezal cerrado del cilindro y dos hacia atrás. Durante la primera fase del ciclo el pistón se mueve hacia atrás mientras se abre la válvula de admisión. El movimiento del pistón durante esta fase aspira hacia dentro de la cámara la cantidad necesaria de la mezcla de combustible y aire ( admisión ). Durante la siguiente fase, el pistón se mueve hacia la cabeza del cilindro y comprime la mezcla de combustible contenida en la cámara ( compresión ). Cuando el pistón llega hasta el final de esta fase y el volumen de la cámara de combustión es mínimo, la bujía se activa y la mezcla arde, expandiéndose y creando dentro del cilindro la presión que hace que el pistón se aleje; ésta es la tercera fase ( explosión ). En la fase final, se abre la válvula de escape y el pistón se mueve hacia la cabeza del cilindro para expulsar los gases, quedando preparado para empezar un nuevo ciclo ( escape ).

Motores diesel

En teoría, el ciclo diesel difiere del ciclo Otto en que la combustión tiene lugar a un volumen constante en lugar de a una presión constante. La mayoría de los motores diesel tienen también cuatro tiempos, si bien las fases son diferentes de las de los motores de gasolina. En la primera fase se absorbe solamente aire hacia la cámara de combustión. En la segunda fase ( la de compresión ) el aire se comprime a una fracción mínima de su volumen original y se calienta hasta unos 440 ºC a causa de la compresión. Al final de la fase de compresión el combustible vaporizado se inyecta dentro de la cámara de combustión y arde inmediatamente a causa de la alta temperatura del aire. Algunos motores diesel utilizan un sistema auxiliar de ignición para encender el combustible para arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura adecuada. La combustión empuja el pistón hacia atrás en la tercera fase, la de potencia. La cuarta fase es, al igual que en los motores Otto, la fase de expulsión.

Motor rotatorio

En la década de 1950, el ingeniero alemán Felix Wankel desarrolló un motor de combustión interna con un diseño revolucionario, que utilizaba un rotor triangular que gira dentro de una cámara ovalada, en lugar de un pistón y un cilindro. La mezcla de combustible y aire es absorbida a través de un orificio de aspiración y queda atrapada entre una de las caras del rotor y la pared de la cámara. La rotación del rotor comprime la mezcla, que se enciende con una bujía. Los gases se expulsan a través de un orificio de expulsión con el movimiento del rotor. El ciclo tiene lugar una vez en cada una de las caras del rotor, produciendo tres fases de potencia en cada giro. El motor de Wankel es compacto y ligero, funciona casi sin vibraciones y su sencillez mecánica permite una fabricación barata, no requiere mucha refrigeración.

Motor de carga estratificada

Una variante del motor de encendido con bujías es el motor de carga estratificada. Diseñado para reducir las emisiones sin necesidad de un sistema de recirculación de los gases resultantes de la combustión y sin utilizar un catalizador. La clave de este diseño es una cámara de combustión doble dentro de cada cilindro, con una antecámara que contiene una mezcla rica de combustible y aire mientras la cámara principal contiene una mezcla pobre. La bujía enciende la mezcla rica, que a su vez enciende la de la cámara principal. La temperatura máxima que se alcanza es suficiente como para impedir la formación de óxidos.

Motor de dos tiempos

Motor de explosión con un ciclo de dos partes o tiempos. Al ascender, el pistón comprime en la parte superior del cilindro la mezcla de aire y gasolina, y entra aire por la parte inferior. Cuando la mezcla se enciende, la expansión de sus gases de combustión empuja el pistón hacia abajo. A un lado del cilindro hay una abertura de escape, y un poco más abajo y al otro lado una de admisión, que el pistón descubre al descender. La cara superior del pistón tiene un desviador que empuja hacia arriba, hacia la parte superior del cilindro, la nueva mezcla, y hacia abajo los gases de combustión, por el escape. Los gases de combustión siguen escapando mientras el pistón, de nuevo en su trayectoria ascendente, tapa la admisión, hasta que se cierra también el escape y empieza la nueva compresión. Los motores de dos tiempos suelen ser pequeños y de poca potencia.

Motores a turborreactor

Motor que produce movimiento a partir de la combustión interna de un combustible que fluye de manera constante a una cámara de combustión, donde se mezcla con el aire que, también de manera constante, viene del exterior. El movimiento se produce en sentido opuesto al movimiento del chorro de gases que genera la combustión. Tras su admisión por un extremo del motor, el aire es comprimido por unas palas, así pasa a la cámara de combustión, donde su mezcla con el combustible se comprime i ejerce presión. Esta combustión entra a las “cámaras de combustión” donde se produce una gran temperatura. Pasan a la turbina, donde estos gases mueven las palas de la turbina, conectada por un eje a las palas compresoras, que así obtiene la energía para su rotación, y aún tienen energía suficiente para impulsar el avión, lo que puede hacerse de dos maneras: se coloca una segunda turbina que mueve mediante un eje una hélice, como en el helicóptero o en los aviones. Turbohélice: És un motor a reacción híbrido el cual hace que la poténcia se invierta en girar la hélice y así tener un alto rendimiento a baja velocidad i una fiabilidad de propulión de la hélice igual a poténcia/peso del motor. Estatoreactor: Este motor no tiene compresor y el aire que coge lo comprime directamente a la cámara de combustión a velocidad supresónica. De esta manera el motor es más potente (en relación peso simplicidad y constructividad estos motores sirben para cohetes.

Motor fueraborda

És el único motor diesel diseñado verdaderamente para el mar, el motor fueraborda.

Los motores fueraborda son de combustión interna y están separados en tres partes:

  • Sección poténcia: es donde está el motor y los mecanismos para arrancarlo, el control de alimentación i dirección. Esta parte contiene los cambios de dirección haciendo girar el motor sobre un eje, tanto se puede hacer manualmente por una barra o volante y una palanca que regula la alimantación.

  • Sección intermédia: consta de un árbol de transmisión vertical y un soporte giratório que fija el motor al casco y le permite girar en su eje. El árbol transmite la poténcia del motor a oa hélice.

  • Grupo inferior o pie: contiene la caja de transmisión de poténcia del árbol vertical que se comunica con el eje horizontal de la hélice. También tiene un sistema de engranajes con el que reduce le número de reboluciones se la hélice respecto al motor

El motor también tiene marcha atrás. Este motor puede esar hecho de aluminio o de acero inoxidable. Estos motores hacen que la proa se adentre lo más posible en le agua i así tener la mínima resisténcia i la máxima velocidad.

Motor de vehículo anfivio

Este tipo de vehículo tiene en su estructura dos motores uno para agua y el otro para tierra, son independientes, están recolzados en medio para que no se vuelquen fácilmente. El motor de agua suele ser fueraborda, aunque hay otros que se acccionan mediante turbinas hidroreactoras. Y respecto el motor de tierra depende del vehículo que sea: militar, civil, ...Por tierra se pueden desplazar mediante erugas o ruedas. Estos vehículos lo suelen usar los bomberos en operaciones de salvamiento por inundación.

Motores lineales

Lo que se quiere conseguir con el motor lineal ( que ya se han hecho pruebas ) es que dos placas magnéticas resbalen a gran velocidad por un carril. Su atención está puesta en los trenes ( en el campo de la investigación nuclear, se utiliza para aumentar la velocidad de las partículas ).

En todo caso el motor lineal ya se utiliza para el movimiento de rodillos telares y en fábricas, cintas transportadoras de metal, para abrir i cerrar puertas corredizas.

Cronología del motor

Los motores de explosión han cambiado mucho desde aquel primer Mercedes-Benz de hace casi un siglo o el Ford-T, primer coche producido en serie. Antaño los motores tenían uno o dos cilindros enormes y lentos, en lugar de los pequeños y rápidos que se usan ahora.

Los modernos motores automovilísticos son compactos, muy revolucionados y potentes. La media alcanza 6.000 revoluciones por minuto y suelen tener 4 cilindros de unos 500 cc, que obtienen una potencia 40 veces superior a los Mercedes-Benz mencionados antes (el Benz de 1898 tenía un solo cilindro de 1.2 litros que lograba 1.200 r.p.m. con un funcionamiento muy irregular).

Saber más; la disposición de los cilindros más común hoy en día es:

Cuatro Horizontales: Los cilindros están dispuestos en dos filas. El motor es ancho, pero el aire fresco llega a los cilindros tan fácilmente que no siempre se requiere la refrigeración por agua.

Seis en línea: Estos motores son muy largos y costosos, pero resultan muy regulares y potentes y se emplean especialmente en coches grandes y caros.

Seis en “V”: Los motores grandes y rectos son demasiado largos y altos para encajar en los estilizados deportivos. Por eso muchos deportivos tienen motores en donde los cilindros se entrelazan formando una “V” y un cigüeñal más corto y rígido.

Estas son las más comunes, pero hay más variantes como el V8 que es el mismo fin que el V6, pero con 2 cilindros más y por consiguiente, mas potencia, o los V10, o V12, que son para coches en el límite entre la carretera y los circuitos, solo usados por marcas tan importantes como Ferrari, Lamborghini o Porsche. En competición se suelen usar motores de 12 en “V” o en línea ayudado de turbocompresores y una gran cilindrada, lo que da una gran potencia a dichos motores.

Otra forma de aumentar la potencia del motor es con supercargadores y turbocargadores, los cuales aumentan la fuerza de la explosión en la fase de power stroke. Son bombas que inyectan la mezcla de gasolina y aire en los cilindros. La Postcombustión, otro dispositivo, inyecta combustible extra en el escape a reacción y dan al motor un impulso añadido, casi como un cohete. Los aviones a reacción utilizan la Postcombustión para despegar o para maniobras muy rápidas o repentinas. Consumen mucho mas combustible y hacen mucho ruido.

Efectos del motor en el medio ambiente

El Dióxido de Carbono y demás partículas nocivas emitidas por los tubos de escape de los vehículos con motor de combustión contribuyen en gran manera, al ser tan elevado su número. Contribuye al Efecto Invernadero, a la Lluvia Ácida y la capa de Ozono (esta en muy poca medida):

Efecto Invernadero: La quema de combustibles fósiles aumenta la cantidad de Dióxido de Carbono en la atmósfera, que atrapa calor extra. Si continua así subirá la temperatura de la Tierra ocasionando muchos problemas.

Lluvia Ácida: Causada principalmente por el nitrógeno despedido por los tubos de escape. Cuando esta contaminación se mezcla con el vapor de agua y el oxígeno de la atmósfera, se producen ácido nítrico y sulfúrico. Esta mezcla cae con la lluvia incrementando la acidez de lagos, ríos y sustrato en general, incluyendo plantas y animales.

Aunque los vehículos tienen obligación de tener catalizadores en la salida del silenciador en el tubo de escape, esta medida no es suficiente. En el año 2000 se quitará del mercado la gasolina “super” y pasará a ser la “Sin Plomo” la única disponible para vehículos con motor de explosión. La gasolina “Sin Plomo” aporta menos energía al no producir la misma intensidad de la explosión dentro del motor, pero es más ecológica y menos contaminante. Tendremos que realizar pequeñas modificaciones en el motor para adaptarlo.

BIBLIOGRAFÍA

Nueva enciclopedia Larousse. Tomo XIII. Planeta-Agostini 1981.

Medios de transporte. Guillermo Solana. El País/Altea 1994.

El Gran Libro de la Consulta. El País/Altea 1995.

Enciclopedia Microsoft Encarta.

Ciencia y Técnica. Salvat Editores.