“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”
Tema:
Motores de Combustión nterna Diesel y !tto D!CE"TE
: A"#$%! A&CAMA' A("A%D!
A%$M"!
: C)A"#A MA*$(' CE&A( A$#$&T!
CC%!
:
A&#"AT$(A : F&CA
CA + PE(, -./0
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
DEDICATORIA
Quiero dedicar este trabajo A Dios que me ha dado la vida y fortaleza para terminar esta monografía. A mis Padres por estar ahí cuando más los necesito por su ayuda y constante cooperacin.
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
Índice INTRODUCCIÓN............................................................................................3 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO..........................4 I. MOTORES DE COMBUSTION INTERNA............................................4 1.1. Tipos principales......................................................................... 4 1.2. Clasicaci!n "e los al#erna#i$os se%&n el ciclo ......................4 1.'. Aplicaciones ()s co(*nes........................................................5 II. MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA TI+O DI,SEL..........................5 2.1. -is#oria......................................................................................... 6 2.2. Cons#i#*ci!n................................................................................. 6 2.'. +rincipio "e *nciona(ien#o .....................................................8 2./. Con"*cci!n "e plan#as Diesel en **es ...............................9 2.. 3en#a4as 5 "es$en#a4as............................................................10 2.6. Aplicaciones...............................................................................11 III. MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA OTTO.................................12 '.1. Eciencia.................................................................................... 12 '.2. +roporci!n "e aire 5 co(*s#ile..........................................14 '.'. Con#rol "el par (o#or...............................................................14 './. Ciclo "e *na 1 $*el#a "e ci%7e8al 92 Tie(pos:....................14 '.. Ciclo "e 2 $*el#as "e ci%7e8al 9/ Tie(pos:..........................16 I3. COM+ARACI;N DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA DE TI+O OTTO Y DIESEL..............................................................................17 CONCLUSIONES ......................................................................................... 19 BIBLIO
A............................................................................................ 20
INTRODUCCIÓN Un motor de combustión interna basa su funcionamiento, como su nombre lo indica, en el uemado de una me!cla com"rimida de aire # combustible dentro de una c$mara cerrada o cilindro, con el %n de incrementar la "resión # &enerar con su%ciente "otencia el mo'imiento lineal alternati'o del "istón.
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
(ste mo'imiento es transmitido "or medio de la biela al e)e "rinci"al del motor o ci&*e+al, donde se con'ierte en mo'imiento rotati'o, el cual se transmite a los mecanismos de transmisión de "otencia ca)a de 'elocidades, e)es, diferencial, etc.- # %nalmente a las ruedas, con la "otencia necesaria "ara des"la!ar el 'e/culo a la 'elocidad deseada # con la car&a ue se necesite trans"ortar. ediante el "roceso de la combustión desarrollado en el cilindro, la ener&/a u/mica contenida en el combustible es transformada "rimero en ener&/a calor/%ca, "arte de la cual se transforma en ener&/a cintica mo'imiento-, la ue a su 'e! se con'ierte en traba)o til a"licable a las ruedas "ro"ulsoras la otra "arte se disi"a en el sistema de refri&eración # el sistema de esca"e, en el accionamiento de accesorios # en "rdidas "or fricción. (n este ti"o de motor es "reciso "re"arar la me!cla de aire # combustible con'enientemente dosi%cada, lo cual se reali!aba antes en el carburador # en la actualidad con los in#ectores en los sistemas con control electrónico. es"us de introducir la me!cla en el cilindro, es necesario "ro'ocar la combustión en la c$mara de del cilindro "or medio de una cis"a de alta tensión ue la "ro"orciona el sistema de encendido.
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO I.
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA Un motor de combustión interna, motor a e"losión o motor a "istón, es un ti"o de m$uina ue obtiene ener&/a mec$nica directamente de la ener&/a u/mica de un combustible ue arde dentro de la c$mara de combustión. u nombre se debe a ue dica combustión se "roduce dentro de la "ro"ia m$uina, a diferencia de, "or e)em"lo, la m$uina de 'a"or. I.1. •
Tipos principales lternati'os. (l motor de e"losión ciclo tto, cu#o nombre "ro'iene del tcnico alem$n ue lo desarrolló, i:olaus u&ust tto, es el motor con'encional de &asolina, aunue tambin se lo conoce como motor de ciclo ;eau de a turbina de &as. (l motor rotatorio. (l ?iclo t:inson. Clasicaci!n "e los al#erna#i$os se%&n el ciclo o
o
• • •
I.2.
e dos tiem"os 2@-A efectan una carrera til de traba)o en cada &iro. e cuatro tiem"os 4@-A efectan una carrera til de traba)o cada dos &iros. (isten los disel # &asolina, tanto en 2@ como en 4@. I.'. Aplicaciones ()s co(*nes
>as diferentes 'ariantes de los dos ciclos, tanto en disel como en &asolina, tienen cada uno su $mbito de a"licación. 2T %asolina? tu'o &ran a"licación en las motocicletas, motores de ultrali&eros U>- # motores marinos fueraB borda asta una cierta cilindrada, abiendo "erdido muco terreno en este cam"o "or las normas anticontaminación. ctualmente si&uen en uso "ara las
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
cilindradas m/nimas de ciclomotores # scooters 50 cc-, o un "oco m$s &randes de motocicletas de com"etición # motocross, "eue+os motores de motosierras # otras m$uinas "ort$tiles li&eras, # "eue+os &ru"os electró&enos 2015-. /T %asolina? domina en las a"licaciones en motocicletas de todas las cilindradas, automó'iles, a'iación de"orti'a # fuera borda. 2T "i@sel? domina en las a"licaciones na'ales de &ran "otencia, asta 100000 ?C o# d/a, # tracción ferro'iaria. (n su momento de au&e se usó en a'iación con cierto ito. /T "i@sel? domina en el trans"orte terrestre, automó'iles # a"licaciones na'ales asta una cierta "otencia. (m"ie!a a a"arecer en la a'iación de"orti'a. II.
MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA TI+O DI,SEL
(l motor disel es un motor trmico ue tiene combustión interna alternati'a ue se "roduce "or el autoencendido del combustible debido a altas tem"eraturas deri'adas de la com"resión del aire en el interior del cilindro, se&n el "rinci"io del ciclo del disel. e diferencia del motor de &asolina en usar &asóleo como combustible. Da sido uno de los m$s utili!ados desde su creación. II.1. -is#oria
(l motor disel fue in'entado en el a+o 1893, "or el in&eniero alem$n
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
%nales del si&lo EFE, en el a+o 1897, "rodu)o el "rimer motor conforme a los estudios de
(l motor disel de cuatro tiem"os est$ formado b$sicamente "or las si&uientes mismas "ie!as ue un motor de &asolina, al&unas de las cuales sonA • • • • • • • • •
e&mentos ;loue del motor ?ulata ?i&*e+al Colante Gistón Hrbol de le'as C$l'ulas ?$rter
ientras ue los si&uientes, son elementos ue si bien la ma#or/a ece"to bu)/as de "reBcalentamiento # toberasson com"onentes comunes con los motores de &asolina, "ueden ser de dise+o # "restaciones diferentesA •
;omba in#ectora
•
uctos
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
• • • •
Fn#ectores ;omba de transferencia @oberas ;u)/as de Grecalentamiento o calentadores
II.'. +rincipio "e *nciona(ien#o
Un motor disel funciona mediante la i&nición encendidodel combustible al ser in#ectado mu# "ul'eri!ado # con alta "resión en una c$mara o "rec$mara, en el caso de in#ección indirecta- de combustión ue contiene aire a una tem"eratura su"erior a la tem"eratura de autocombustión, sin necesidad de cis"a como en los motores de &asolina. (ste "roceso es lo ue se llama la autoinIamación . >a tem"eratura ue inicia la combustión "rocede de la ele'ación de la "resión ue se "roduce en el se&undo tiem"o del motor, la com"resión. (l combustible se in#ecta en la "arte su"erior de la c$mara de combustión a &ran "resión desde unos ori%cios mu# "eue+os ue "resenta el in#ector de forma ue se atomi!a # se me!cla con el aire a alta tem"eratura # "resión entre 700 # 900 J?-. ?omo resultado, la me!cla se inIama mu# r$"idamente. (sta combustión ocasiona ue el &as contenido en la c$mara se e"anda, im"ulsando el "istón acia fuera. (sta e"ansión, a diferencia del motor de &asolina es adiab$tica &enerando un mo'imiento rectil/neo a tra's de la carrera del "istón. >a biela transmite este mo'imiento al ci&*e+al, al ue ace &irar, transformando
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
el mo'imiento rectil/neo alternati'o de 'a # 'iene, ida # 'uelta- del "istón en un mo'imiento de rotación.
Gara ue se "rodu!ca la autoinIamación es necesario alcan!ar la tem"eratura de inIamación es"ont$nea del &asóleo. (n fr/o es necesario "reBcalentar el &asóleo o em"lear combustibles m$s "esados ue los em"leados en el motor de &asolina, em"le$ndose la fracción de destilación del "etróleo Iuctuando entre los 220 J? # 350 J?, ue recibe la denominación de &asóleo o &asoil en in&ls. II./. Con"*cci!n "e plan#as Diesel en **es
s/ em"ie!a en buues, antes de la "uesta en marca de un motor iesel "rinci"al es necesaria una ins"ección de los circuitos de refri&eración # lubricación, # controlar sus ni'eles. ntes de su "uesta en marca se debe "oner en funcionamiento un &enerador. >im"iar los %ltros de toma de a&ua de mar, de combustible # de aceite. e debe acer funcionar el 'irador con los &rifos abiertos "ara "ur&ar los cilindros, # 'eri%car el ni'el de a&ua de camisas. ebe "recalentarse el combustible en caso de ue ste sea 'iscoso Da# motores donde esto no es necesario "orue el =uel il circula "ermanentemente con un sistema de calentamiento constante, ue "uede incluir desde "recalentadores asta recubrimiento
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
calefaccionado de las tuber/as de alta "resión de in#ección-. K una 'e! ue se an eliminado todos los bloueos, "oner en funcionamiento el motor acorde a lo indicado "or el "uente de mando, el cual indicar$ mediante el tel&rafo cu$l es la 'elocidad deseada.
II.. 3en#a4as 5 "es$en#a4as
?om"arados con los motores a &asolina, la "rinci"al 'enta)a de los motores disel es su ba)o costo de o"eración, debido al "recio del combustible ue necesita "ara funcionar F((> 2-. (iste una creciente demanda del mercado "or motores de este ti"o, es"ecialmente en el $rea de turismo desde la dcada de 1990, en mucos "a/ses euro"eos #a su"era la mitad-. ctualmente en los 'e/culos "eue+os se est$ utili!ando el sistema commonB rail. (ste sistema brinda una &ran 'enta)a, #a ue se consi&ue un menor consumo de combustible, me)orando las "restaciones del mismo menor ruido caracter/stico de estos motores- # una menor emisión de &ases contaminantes. >as des'enta)as iniciales de estos motores "rinci"almente 'alor de aduisición, costos de mantenimiento, ruido # menos "restaciones- se est$n reduciendo debido a me)oras tecnoló&icas ue se an eco con el tiem"o, en su dise+o ori&inal sobre todo en in#ección electrónica de combustible # me)oras en sistema de alimentación de aire for!ado con accesorios como el turbocom"resor. (l uso de una "rec$mara "ara
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
los motores de automó'iles, se consi&uen "restaciones seme)antes a las de los motores de &asolina, "ero se "resenta el incon'eniente de incremento del consumo de combustible, con lo ue la "rinci"al 'enta)a de estos motores "r$cticamente desa"arece. urante los ltimos a+os el "recio del combustible a su"erado a la &asolina comn "or al aumento de la demanda. (ste eco a &enerado ue)as de los consumidores de &asóleo, como es el caso de trans"ortistas, a&ricultores o "escadores. II.6. Aplicaciones auinaria a&r/cola de cuatro tiem"os tractores, cosecadorasGro"ulsión ferro'iaria 2@ Gro"ulsión marina de cuatro tiem"os asta una cierta "otencia, a "artir de a/ dos tiem"os Ce/culos de "ro"ulsión a oru&a utomó'iles # camiones cuatro tiem"osLru"os &eneradores de ener&/a elctrica centrales elctricas # de emer&enciaccionamiento industrial bombas, com"resores, etc., es"ecialmente de emer&enciaGro"ulsión area •
• •
• • •
•
•
III.
MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA OTTO
(l motor de combustión interna de ti"o tto de"ende del motor # de los sistemas de a"o#o. >a comodidad # con'eniencia ue
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
se e"erimentan al conducir, de"enden del funcionamiento de los sistemas del 'e/culo. (l ciclo tto es el ciclo termodin$mico ue se a"lica en los motores de combustión interna de encendido "ro'ocado motores de &asolina-. Fn'entado "or icolaus tto en 1876. e caracteri!a "orue en una "rimera a"roimación teórica, todo el calor se a"orta a 'olumen constante. III.1. Eciencia
>a e%ciencia o rendimiento trmico de un motor de este ti"o de"ende de la relación de com"resión, "ro"orción entre los 'olmenes m$imo # m/nimo de la c$mara de combustión. (sta "ro"orción suele ser de 8 a 1 asta 10 a 1 en la ma#or/a de los motores tto modernos. e "ueden utili!ar "ro"orciones ma#ores, como de 12 a 1, aumentando as/ la e%ciencia del motor, "ero este dise+o reuiere la utili!ación de combustibles de alto /ndice de octanos "ara e'itar la detonación. Una relación de com"resión ba)a no reuiere combustible con alto nmero de octanos "ara e'itar este fenómeno de la misma manera, una com"resión alta reuiere un combustible de alto nmero de octanos, "ara e'itar los efectos de la detonación, es decir, ue se "rodu!ca una auto i&nición del combustible antes de "roducirse la cis"a en la bu)/a. (l rendimiento medio de un buen motor tto de 4 tiem"os es de un 25 a un 30M, inferior al rendimiento alcan!ado con motores disel, ue lle&an a rendimientos del 30 al 45M, debido "recisamente a su ma#or relación de com"resión. ?asi todos los motores de este ti"o se fabrican "ara el trans"orte # deben traba)ar 'ariando la entre&a de "otencia constantemente. ebido a esto el rendimiento de los mismos cae bruscamente al traba)ar con car&a "arcial cuanto menos car&a "orcentualmente, "eor rendimiento-, #a ue, cuando esto sucede la c$mara de com"resión mantiene su 'olumen dando una com"resión real ba)a # transformando &ran "arte de la ener&/a en calor.
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
l&unos fabricantes an fabricado motores con sistemas de com"resión 'ariable, "ero siem"re dedicado a 'ariar de a"roimadamente 7A1 a 14A1 # en relación a las
(sta "ro"orción a de "ermanecer lo m$s uniforme "osible, dentro de unos estrecos m$r&enes de 'ariación, se denomina factor lambda # se sita alrededor de 14B15 "artes de aire en "eso "or cada "arte de &asolina en "eso, estando la me!cla esteuiomtrica aireN&asolina en 14,7A1 III.'. Con#rol "el par (o#or
e efecta controlando la cantidad de aire o me!cla carburada ue entra al motor, mediante el acelerador. e esta manera a)usta el conductor el "ar motor a la car&a motor. >a e%ciencia o rendimiento de los motores tto modernos se 'e limitada "or 'arios factores, entre otros, la "rdida de llenado en el "roceso de reno'ación de la car&a ener&/a "or la fricción # la refri&eración. (n el ciclo tto los motores traba)an en un ran&o de "resiones de combustión de 25 a 30 bares, "artiendo de una relación de com"resión de 9 a 10, # en los ue la relación de aireNcombustible factor lambda-, toma 'alores de 0,9 a 1,1. III./. Ciclo "e *na 1 $*el#a "e ci%7e8al 92 Tie(pos:
dmisión B ?om"resión-. ?uando el "istón alcan!a el GF Gunto uerto Fnferior- em"ie!a a des"la!arse asta el G Gunto uerto u"erior-, creando una diferencia de "resión ue as"ira la me!cla de aire # &asolina "or la lumbrera de admisión acia el c$rter de "recom"resión . (sto no si&ni%ca ue entre de forma &aseosa-. ?uando el "istón ta"a la lumbrera, de)a de entrar me!cla, # durante el resto del recorrido descendente, el "istón la com"rime en el c$rter inferior, asta ue se descubre la lumbrera de transferencia ue lo comunica con la c$mara de
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
com"resión, con lo ue la me!cla fresca "recom"rimida a#uda a e"ulsar los &ases uemados del esca"e.
?uando el "istón em"ie!a a subir la lumbrera de transferencia "ermanece abierta una "arte de la carrera # el c$rter no co&e aire fresco sino ue retornan "arte de los &ases, "erdiendo e%ciencia de bombeo. altas re'oluciones se utili!a la inercia de la masa de los &ases "ara minimi!ar este efecto.reno'ación de la car&a("ansión B (sca"e de Lases-. Una 'e! ue el "istón a alcan!ado el G # la me!cla est$ com"rimida, se la enciende "or una cis"a entre los dos electrodos de la bu)/a, liberando ener&/a # alcan!ando altas "resiones # tem"eraturas en el cilindro. (l "istón se des"la!a acia aba)o, reali!ando traba)o asta ue se descubre la lumbrera de esca"e. l estar a altas "resiones, los &ases uemados salen "or ese ori%cio. III.. Ciclo "e 2 $*el#as "e ci%7e8al 9/ Tie(pos:
(l ciclo consta de seis "rocesos, dos de los cuales no "artici"an en el ciclo termodin$mico del Iuido o"erante
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
"ero son fundamentales "ara la reno'ación de la car&a del mismoA (BA admisión a "resión constante reno'ación de la car&a-. B;A com"resión de los &ases e isoentró"ica. ;B?A combustión, a"orte de calor a 'olumen constante. >a "resión se ele'a r$"idamente antes de comen!ar el tiem"o til. ?BA fuer!a, e"ansión isoentró"ica o "arte del ciclo ue entre&a traba)o. BA (sca"e, cesión del calor residual al ambiente a 'olumen constante. B(A (sca"e, 'aciado de la c$mara a "resión constante reno'ación de la car&a.-isocónica-.
I3.
COM+ARACI;N DE MOTORES INTERNA DE TI+O OTTO Y DIESEL
20
DE
COMBUSTIÓN
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
M!T!(
!TT!
DE&E%
Dimensiones
Pequeño
Grande
Combustible
Gasolina 84, 90, GN, GLP,….
Diesel Nº 02
#0 a $0 ºC
$$ a %00 ºC
'%
'#
480 a $$0 ºC
#$0 ºC
#00 a #*0 &+-/
2#0 a #0 &+-/
1e!la aire +!ombustible
'ire )uro ma3or+!ombustible
%4,% 5aire+!ombustible6
20 a #0% e!eso de aire
40% GD7
80% 7DD
400 a *00 ºC
00 a 900 ºC
ela!i"n de !om)resi"n
* a %0%
%4 a 2#%
Presi"n de !om)resi"n
%2 a %8 bar
#0 a $0 bar
Presi"n de admisi"n
0,# a 0, bar
90 a 200 bar
Presi"n de !ombusti"n
40 a *0 bar
*$ a 90 bar
Punto de inlama!i"n
Clase de rie&o
(em)eratura de en!endido
Consumo de !ombustible
'dmisi"n
Llenado de aire
(em)eratura de !om)resi"n
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
(em)eratura de !ombusti"n
2000 a 2$00 ºC
2000 a 2$00 ºC
(em)eratura de es!a)e
00 a %000 ºC
$00 a 00 ºC
% a * ; !on
0,0# a 0,$ ; !on
0,# a 0,$ =>7
menores de 0,0# ; =DC
Densidad
0,2 a 0,8 &+!m#
0,82 &+!m#
N?mero de re
#000 a *000 r)m
2000 a 4$00 r)m
Contenido de C: en &ases de es!a)e
(endimiento
=ner&@a re!u)erada 2$ a #0 ;
(rabaBo ?til re!u)erado #2 ;
eri&era!i"n %$ ;
eri&era!i"n %* ;
adia!i"n 0$ ;
adia!i"n 0 ;
=s!a)e #$ a 40 ;
=s!a)e 29 ;
Perdidas me!Ani!as %$ ;
Perdidas me!Ani!as %* ;
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
CONCLUSIONES •
•
•
Un motor de combustión interna es un ti"o de m$uina ue obtiene ener&/a mec$nica directamente de la ener&/a u/mica "roducida "or un combustible ue arde dentro de una c$mara de combustión, la "arte "rinci"al de un motor. (l motor c/clico tto, cu#o nombre "ro'iene del tcnico alem$n ue lo in'entó, i:olaus u&ust tto, es el motor con'encional de &asolina ue se em"lea en automoción # aeron$utica. (l motor diesel, llamado as/ en onor del in&eniero alem$n nacido en =rancia
•
20
MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DIESEL Y OTTO
BIBLIOA • •
• •
tt"ANNOOO.banre"cultural.or&NnodeN92121 tt"sANNes.Oi:i"edia.or&NOi:iNotorPdePcombusti M?3M;3nPinterna tt"sANNes.Oi:i"edia.or&NOi:iNotorPdiM?3M9sel tt"sANNes.Oi:i"edia.or&NOi:iN?icloPtto
20
