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Motores térmicos de dos tiempos

Motor de dos tiempos. Wikipedia

El motor de dos tiempos, es un motor de combustión interna que realiza las cuatro etapas del ciclo termodinámico (admisión, compresión, explosión y escape) en dos movimientos lineales del pistón (una vuelta del cigüeñal). Este motor presenta, en condiciones similares de cilindrada, número de cilindros, etc., doble de potencia que el de cuatro, pero presenta el inconveniente de que su potencia queda algo disminuida por las deficiencias de barrido de los gases producidos en la combustión. Estos motores se caracterizan por su ligereza y bajo coste, no presentando válvulas, lo cual supone una eliminación de complicaciones mecánicas.

  • Primer tiempo: se produce la combustión, expansión de los gases y descenso del pistón; llega un momento en que éste descubre la lumbrera de escape, al mismo tiempo que comprime por su parte inferior los gases, empujándolos a través de la galería de trasiego o paso hacia el cilindro.
  • Segundo tiempo: sube el pistón, descubriéndose la lumbrera de admisión, si cono es normal no lleva válvulas. Se cierra a continuación la galería y la lumbrera de escape y se produce la compresión de los gases.

Para tener una visión más completa de este motor, os dejo el siguiente objeto de aprendizaje de la Universidad de La Laguna. Espero que os sea útil.

Otro vídeo explicativo es el siguiente:

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

 

 

Sistemas de distribución

https://como-funciona.co/el-sistema-de-distribucion/

La distribución se puede definir como el conjunto de elementos necesarios para regular la entrada y la salida de gases del cilindro de los motores de cuatro tiempos. Generalmente se trata de un conjunto de piezas que, accionadas por el mismo motor, abren y cierran las válvulas de entrada y salida de gases.

Los sistemas de distribución se pueden clasificar dependiendo de la localización del árbol de levas. Hasta los años 80 los motores estaban configurados con el árbol de levas situado en el bloque motor. Actualmente prácticamente todos los motores tienen el árbol de levas montado en la culata.

El sistema consta de una serie de piezas que pueden variar dependiendo del motor. Generalmente podemos encontrar:

  • Engranaje de mando, cadena o correa: Se encuentra conectado al cigüeñal. Recibe el movimiento de este y lo transmite al árbol de levas. Los engranajes de mando solo se encuentra en los vehículos antiguos o con grandes motores porque son menos eficientes que las cadenas y correas porque pierden energía en forma de calor.
  • Árbol de levas: Es un eje con protuberancias, llamadas levas, que al girar activan en su momento justo el taqué. Debido a las condiciones que debe soportar lleva un tratamiento térmico especial llamado cementación.
  • Taqué o botador: Es un empujador que, movido por el árbol de levas, empuja la válvula. Pueden ser mecánicos (comunes o con un regulador de la luz de válvula) o hidráulicos (regulan la luz de válvula automáticamente).
  • Válvula: Es la parte fundamental del sistema. Accionada por el botador, se abre o cierra permitiendo el paso de los gases al cilindro.

Os dejo varios vídeos explicativos. El primero es de la Universidad de La Laguna y en él se explica el funcionamiento del sistema de distribución de un motor de combustión interna.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

 

 

Funcionamiento de un cilindro neumático de simple efecto. Problema resuelto

A continuación te presentamos un problema resuelto de neumática, muy sencillo, que sirve de introducción a los conceptos básicos de los circuitos neumáticos aprovechando la capacidad de un pistón de simple efecto conectado a un motor con pérdidas mecánicas. Se trata de aprender cómo calcular la fuerza de avance y aplicar la Ley de Boyle al cálculo del volumen de aire en condiciones normales.

El enunciado del problema sería el siguiente: Un cilindro neumático de simple efecto, de 63 cm de diámetro y 10 cm de carrera, trabaja a una presión de 6 bares. Sabiendo que la fuerza neta ejercida en el vástago del cilindro es el 90% de la fuerza teórica, se pide:

  1. Fuerza neta ejercida por el cilindro en su carrera de avance.
  2. Consumo de aire medido en condiciones normales en una hora, si ese cilindro completa 6 ciclos de trabajo cada minuto.

Para ello os dejo el siguiente vídeo de Javier Luque que espero os sea útil.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Rendimiento de un motor térmico. Problema resuelto.

Seguimos en este artículo con problemas para nuestros alumnos que están de exámenes. Aprende a calcular el rendimiento de un motor térmico a partir de su velocidad de régimen y su par motor conociendo las características de su combustible. Evalúa cómo influye en el gasto que el motor sea de cuatro tiempos o de dos tiempos en idénticas condiciones de funcionamiento.

El enunciado del problema es el siguiente: Un motor de cuatro tiempos consume 8,47 litros a la hora de un combustible de 0,85 kg/dm³ de densidad y 41000 kJ/kg de poder calorífico. Entrega un par de 78,3 Nm a 3000 rpm. Se pide:

  1.  Calcular la masa de combustible consumida en cada ciclo
  2.  Calcular el rendimiento del motor
  3.  ¿Qué consecuencias tendría en el consumo/ciclo si el motor fuera de dos tiempos?

Para ello te dejo un vídeo de Javier Luque que espero te resulte de interés.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

El motor endotérmico rotativo

Motor Wankel en el Deutsches Museum en Múnich (Alemania). Wikipedia

Dentro de la asignatura “Procedimientos de Construcción” siempre existe una parte del temario relacionada con los motores y la maquinaria empleada en las obras públicas. De hecho, esta asignatura procede de la que en los años cuarenta se denominaba “Maquinaria y Medios Auxiliares de Obra”, impartida por aquellos años por el ingeniero alcoyano D. José Juan-Aracil Segura. Os paso a continuación un apunte sobre motores.

Dentro de los motores de combustión interna rotativos, el motor Wankel, cuya patente data de 1936, se diferencia enormemente de los motores convencionales. Este motor tiene un 40 por ciento menos de piezas y la mitad de volumen y peso de un motor comparable a pistones. Es de diseño simple, en vez de un pistón, de un cilindro y de válvulas mecánicas, un rotor triangular que gira alrededor del excéntrico, hay muy poca vibración y no hay problemas con la disipación de calor, los puntos calientes, o la detonación, que son consideraciones en el motor convencional del intercambio.

En la figura puede observarse el funcionamiento en cuatro fases: (1) admisión de la mezcla, (2) compresión, (3) encendido (por chispa), explosión y expansión y (4) escape. Todas las fases ocurren de forma simultánea.

Motor Wankel

Las ventajas teóricas de estos motores frente a los alternativos son las siguientes:

  • Su distribución uniforme, regular y ausente de fuerzas alternativas facilita un diseño más equilibrado.
  • Su volumen es menor, así como su relación peso/potencia.
  • Ausencia de espacios muertos.
  • Inexistencia de válvulas y menor número de piezas, lo que contribuye a su simplicidad constructiva.
  • Funcionamiento continuo, dando un empuje constante, lo que teóricamente va asociado a un rendimiento más alto.

Sin embargo también se pueden anotar algunos inconvenientes que hacen que su empleo sea más bien escaso:

  • Problemas de estanqueidad, para no perturbar las fases del ciclo.
  • Dificultad de conseguir una eficaz refrigeración.
  • Gradientes elevados de temperatura de la zona caliente de explosión y escape (más de 1000ºC) respecto a las otras (unos 150ºC).
  • Baja eficacia en el uso del combustible y necesidad de estar perfectamente sincronizado.

Os dejo una explicación del motor rotativo (en inglés, así practicáis). Espero que os guste.

Aquí podéis ver el motor rotativo del Mazda RX8.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; ALCALÁ, J. (2012). Maquinaria auxiliar y equipos de elevación. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 200 pp.

 

El motor diésel de cuatro tiempos

En 1892, el ingeniero alemán Rudolf Diesel patenta el primer motor de encendido de compresión, construido con éxito en 1897. Desde 1945, el motor diésel rápido, perfeccionado paulatinamente con reducciones en las relaciones peso/potencia e importantes mejoras en los sistemas de inyección, ha desplazado al de gasolina, cuyo uso se reduce a motores ligeros de menos de 5 CV. Existen motores diésel de dos tiempos (llamados de acción simple) y de cuatro tiempos (más habituales). Los primeros presentan un barrido defectuoso, por lo que necesitan mejores sistemas de engrase y refrigeración.

Una primera clasificación de estos motores atiende a su velocidad:

  • Motores de baja velocidad (w<350 r.p.m.): se usa normalmente en instalaciones estacionarias de gran potencia.
  • Motores de media velocidad (w aprox = 350 r.p.m.): su empleo habitual es en generadores de corriente de media y baja potencia.
  • Motores de alta velocidad (w>350 r.p.m.): en máquinas de movimiento de tierras.

El motor diésel de cuatro tiempos presenta similitudes al de gasolina. Se pueden establecer las siguientes fases del ciclo:

  1. Admisión: En esta fase entra aire en el cilindro (sin mezcla de combustible) que es succionado por el pistón en su movimiento de descenso.
  2. Compresión: Después de alcanzar el pistón el extremo inferior, y una vez se cierran las válvulas de admisión, el cilindro inicia su ascenso comprimiendo el aire hasta llegar al punto más alto de la carrera. La relación de compresión varía entre 14 y 22.
  3. Encendido, combustión y expansión: La elevación de temperatura (440º C) que acompaña la compresión permite una combustión espontánea al inyectar el combustible. Con las válvulas cerradas, la expansión del gas obliga al pistón a descender hasta el punto muerto inferior (PMI).
  4. Escape: Al llegar el pistón al PMI las válvulas de expulsión se abren y los gases se expulsan al exterior.

El ciclo real y teórico presentan diferencias:

  • La inyección no coincide exactamente con el punto muerto superior (PMS). Asimismo, las válvulas de escape se abren instantes antes de que el pistón alcance el PMI.
  • Aunque en el ciclo teórico la combustión se supone que se produce a volumen constante, en realidad solo una parte lo hace. El resto de la combustión se realiza a presión constante, de modo que se aproxima al ciclo de Otto.

Sólo en los motores diésel muy lentos, la combustión se desarrolla aproximándose al ciclo teórico.

Os dejo algunos vídeos donde podréis ver el funcionamiento del ciclo diésel y sus más importantes características. Espero que os gusten.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

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