Motores Térmicos (Ancor, Eduardo, Gamaliel, Silvia, Veronica)
Motores Térmicos
Realizado por:
Eduardo Padrón García
Silvia Riskallal Melián
Verónica Valdés
Gamaliel Jorge Pestana
Ancor J. Batista Suárez
Índice
1.¿Qué es?
2. Historia.
3.Tipos de motores.
1.¿Qué es?
2. Historia.
3.Tipos de motores.
3.1. Motor convencional tipo otto.
3.2. Motor Diesel.
3.3. Motor Wankel
3.4. Motor a 2 tiempos.
3.5. Motor a 4 tiempos.
4. Aire acondicionado.
5. Bombas de calor.
6. Combustibles.
7. Bibliografía.
1. ¿Que es?
Un motor de combustión interna es un 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.
de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión,
la parte principal de un motor.
2. Historia.
Los primeros prototipos carecían de la fase de compresión; es decir, la fase de succión terminaba
prematuramente con el cierre de la válvula de admisión antes de que el pistón llegase a la mitad,
lo que provocaba que la chispa que generaba la combustión que empuja la carrera del pistón fuese débil.
Como consecuencia el funcionamiento de estos primeros motores era deficiente. Fue la fase de compresión la
que dio una eficiencia significativa al motor de combustión interna, que lograría el reemplazo definitivo de los
motores a vapor e impulsaría el desarrollo de los automóviles, ya que lograba desarrollar una potencia igual o
mayor en dimensiones considerablemente mucho más reducidas.
prematuramente con el cierre de la válvula de admisión antes de que el pistón llegase a la mitad,
lo que provocaba que la chispa que generaba la combustión que empuja la carrera del pistón fuese débil.
Como consecuencia el funcionamiento de estos primeros motores era deficiente. Fue la fase de compresión la
que dio una eficiencia significativa al motor de combustión interna, que lograría el reemplazo definitivo de los
motores a vapor e impulsaría el desarrollo de los automóviles, ya que lograba desarrollar una potencia igual o
mayor en dimensiones considerablemente mucho más reducidas.
3. Tipos de motores.
3.1. Motor convencional tipo otto
El motor convencional del tipo Otto es un motor de tipo alternativo de cuatro tiempos.
El rendimiento térmico de los motores Otto modernos se ve limitado por varios factores, entre otros la
pérdida de energía por la fricción, la refrigeración y falta de constancia en las condiciones de funcionamiento
.La termodinámica nos dice que el rendimiento de un motor alternativo depende en primera aproximación del
grado de compresión.La eficiencia o rendimiento medio de un buen motor Otto es de un 20 a un 25 %: sólo
la cuarta parte de la energía calorífica se transforma en energía mecánica.Casi todos los motores de este tipo
se fabrican para el transporte y deben trabajar suministrando diferentes potencias en cada momento.
El rendimiento térmico de los motores Otto modernos se ve limitado por varios factores, entre otros la
pérdida de energía por la fricción, la refrigeración y falta de constancia en las condiciones de funcionamiento
.La termodinámica nos dice que el rendimiento de un motor alternativo depende en primera aproximación del
grado de compresión.La eficiencia o rendimiento medio de un buen motor Otto es de un 20 a un 25 %: sólo
la cuarta parte de la energía calorífica se transforma en energía mecánica.Casi todos los motores de este tipo
se fabrican para el transporte y deben trabajar suministrando diferentes potencias en cada momento.
Su historia se remonta a Nicolaus August Otto (Colonia, 10 de junio de 1832 - ibídem, 26 de enero de 1891)
fue un ingeniero alemán que diseñó el motor de combustión interna a partir del desarrollo previo de Etienne
Lenoir, justo ocho años después de la patente de Alphonse Beau de Rochas. Otto y Lenoir fueron los
primeros en convertirlo en algo práctico.
fue un ingeniero alemán que diseñó el motor de combustión interna a partir del desarrollo previo de Etienne
Lenoir, justo ocho años después de la patente de Alphonse Beau de Rochas. Otto y Lenoir fueron los
primeros en convertirlo en algo práctico.
El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión interna de encendido
provocado por una chispa eléctrica (motores de gasolina, etanol, gases derivados del petróleo u otras
sustancias altamente volátiles e inflamables). Se caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo
el calor se aporta a volumen constante.
provocado por una chispa eléctrica (motores de gasolina, etanol, gases derivados del petróleo u otras
sustancias altamente volátiles e inflamables). Se caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo
el calor se aporta a volumen constante.
Hay dos tipos de motores que se rigen por el ciclo de Otto: los motores de dos tiempos y los motores de
cuatro tiempos.
cuatro tiempos.
Formulas del ciclo de otto
Un ciclo Otto ideal modela el comportamiento de un motor de explosión. Este ciclo está formado por seis
pasos, según se indica en la figura. Pruebe que el rendimiento de este ciclo viene dado por la expresión
pasos, según se indica en la figura. Pruebe que el rendimiento de este ciclo viene dado por la expresión
siendo r = VA / VB la razón de compresión igual al cociente entre el volumen al inicio del ciclo de compresión
y al final de él.
y al final de él.
Intercambio de calor
De los cuatro procesos que forman el ciclo cerrado, no se intercambia calor en los procesos adiabáticos A→B
y C→D, por definición. Sí se intercambia en los dos procesos isócoros.
y C→D, por definición. Sí se intercambia en los dos procesos isócoros.
- En la ignición de la mezcla B→C, una cierta cantidad de calor Qc (procedente de la energía interna
el aumento de la energía interna
El subíndice "c" viene de que este calor se intercambia con un supuesto foco caliente.
- En la expulsión de los gases D→A el aire sale a una temperatura mayor que a la entrada, liberando
el mismo aire el que se comprime una y otra vez en el motor, modelamos esto como que el calor | Qf | es
liberado en el proceso D→A, por enfriamiento. El valor absoluto viene de que, siendo un calor que sale del
sistema al ambiente, su signo es negativo. Su valor, análogamente al caso anterior, es:
El subíndice "f" viene de que este calor se cede a un foco frío, que es el ambiente.
Trabajo realizado
De forma opuesta a lo que ocurre con el calor, no se realiza trabajo sobre el sistema en los dos procesos
isócoros. Sí se realiza en los dos adiabáticos.
isócoros. Sí se realiza en los dos adiabáticos.
- En la compresión de la mezcla A→B, se realiza un trabajo positivo sobre el gas. Al ser un proceso
- En la expansión C→D es el aire el que realiza trabajo sobre el pistón. De nuevo este trabajo útil
este trabajo es negativo, por ser el sistema el que lo realiza.
- El trabajo útil realizado por el motor será el trabajo neto entregado, igual a lo que produce
Por tratarse de un proceso cíclico, la variación de la energía interna es nula al finalizar el ciclo.
Esto implica que el calor neto introducido en el sistema debe ser igual al trabajo neto realizado por este,
en valor absoluto.
Esto implica que el calor neto introducido en el sistema debe ser igual al trabajo neto realizado por este,
en valor absoluto.
como se comprueba sustituyendo las relaciones anteriores.
Rendimiento
El rendimiento (o eficiencia) de una máquina térmica se define, en general como “lo que sacamos dividido
por lo que nos cuesta”. En este caso, lo que sacamos es el trabajo neto útil, | W | . Lo que nos cuesta es el
calor Qc, que introducimos en la combustión. No podemos restarle el calor | Qf | ya que ese calor se cede al
ambiente y no es reutilizado (lo que violaría el enunciado de Kelvin-Planck). Por tanto:
por lo que nos cuesta”. En este caso, lo que sacamos es el trabajo neto útil, | W | . Lo que nos cuesta es el
calor Qc, que introducimos en la combustión. No podemos restarle el calor | Qf | ya que ese calor se cede al
ambiente y no es reutilizado (lo que violaría el enunciado de Kelvin-Planck). Por tanto:
Sustituyendo el trabajo como diferencia de calores
Esta es la expresión general del rendimiento de una máquina térmica.
3.2. Motor diésel
En teoría, el ciclo diésel difiere del ciclo Otto en que la combustión tiene lugar en este último a volumen
constante en lugar de producirse a una presión constante La mayoría de los motores diésel son asimismo del
ciclo de cuatro tiempos, salvo los de tamaño muy grande.Las fases son diferentes de las de los motores de
gasolina.La eficiencia o rendimiento de los motores diésel dependen, de los mismos factores que los motores
Otto, es decir de las presiones inicial y final de la fase de compresión. Por lo tanto es mayor que en los
motores de gasolina Los motores diésel grandes de 2T suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal
de 100 a 750 rpm mientras que los motores de 4T trabajan hasta 2500 rpm camiones y autobuses y 5000 rpm. automóviles.
constante en lugar de producirse a una presión constante La mayoría de los motores diésel son asimismo del
ciclo de cuatro tiempos, salvo los de tamaño muy grande.Las fases son diferentes de las de los motores de
gasolina.La eficiencia o rendimiento de los motores diésel dependen, de los mismos factores que los motores
Otto, es decir de las presiones inicial y final de la fase de compresión. Por lo tanto es mayor que en los
motores de gasolina Los motores diésel grandes de 2T suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal
de 100 a 750 rpm mientras que los motores de 4T trabajan hasta 2500 rpm camiones y autobuses y 5000 rpm. automóviles.
Casi todos los automóviles de hoy utilizan lo que es llamado un ciclo de combustión de cuatro tiempos para
convertir gasolina a movimiento. Estos son:
convertir gasolina a movimiento. Estos son:
1. Admisión: El pistón baja en el momento en que la válvula de admisión se abre, permitiendo el ingreso de la
mezcla aire/gasolina.
mezcla aire/gasolina.
2. Compresión: El pistón sube comprimiendo la mezcla aire/gasolina, las dos válvulas están cerradas.
3. Explosión: El pistón llega al máximo de su recorrido TDC , la bujía entrega la chispa, se produce la
explosión y el pistón es impulsado hacia abajo.
explosión y el pistón es impulsado hacia abajo.
4. Escape: El pistón sube nuevamente, pero esta vez la válvula de escape se encuentra abierta permitiendo
la salida de los gases quemados.
la salida de los gases quemados.
Estos motores pueden ser, básicamente, atmosféricos o sobrealimentados por medio de un turbo. Todos ellos
con inyección electrónica. Aunque también funcionaban mediante un sistema de carburación este tipo de
ingreso de combustible ya ha quedado rezagado.
con inyección electrónica. Aunque también funcionaban mediante un sistema de carburación este tipo de
ingreso de combustible ya ha quedado rezagado.
3.3. Motor Wankel (gasolina)
Un motor rotativo o Wankel es un motor de combustión interna que funciona de una manera completamente
diferente a los motores alternativos.
diferente a los motores alternativos.
Es un motor rotativo de 4 tiempos pero en zonas distintas del estátor o bloque, con el pistón moviéndose sin
detenciones de un tiempo a otro. Más concretamente, la envolvente es una cavidad con forma de 8, dentro de
la cual se encuentra un rotor triangular o triangular-lobular que realiza un giro de centro variable (rotor excéntrico).
Este pistón transmite su movimiento rotatorio a un eje cigüeñal que se encuentra en su interior, y que gira ya
con un centro único.
detenciones de un tiempo a otro. Más concretamente, la envolvente es una cavidad con forma de 8, dentro de
la cual se encuentra un rotor triangular o triangular-lobular que realiza un giro de centro variable (rotor excéntrico).
Este pistón transmite su movimiento rotatorio a un eje cigüeñal que se encuentra en su interior, y que gira ya
con un centro único.
-Ventajas:
-Menos piezas móviles: el motor Wankel tiene menos piezas móviles que un motor convencional,
tan solo 4 piezas: bloque, rotor (que a su vez está formado por segmentos y regletas), árbol motor y
sistema de refrigeración/engrase (similar a los que montan los motores de pistón).
tan solo 4 piezas: bloque, rotor (que a su vez está formado por segmentos y regletas), árbol motor y
sistema de refrigeración/engrase (similar a los que montan los motores de pistón).
-Suavidad de marcha: todos los componentes de un motor rotativo giran en el mismo sentido,
en lugar de sufrir las constantes variaciones de sentido a las que está sometido un pistón.
en lugar de sufrir las constantes variaciones de sentido a las que está sometido un pistón.
-Menores vibraciones: dado que las inercias internas del motor son muy pequeñas (no hay bielas,
ni volante de inercia, ni recorrido de pistones, ni movimiento), solo se producen pequeñas vibraciones
en la excéntrica.
ni volante de inercia, ni recorrido de pistones, ni movimiento), solo se producen pequeñas vibraciones
en la excéntrica.
-Inconvenientes:
-Costos de mantenimiento: al no estar tan difundido, su mantenimiento resulta más complejo por la
dificultad en encontrar personal con formación adecuada en este tipo de motor.
dificultad en encontrar personal con formación adecuada en este tipo de motor.
-Consumo: la eficiencia termodinámica (relación energía disponible en el combustible / potencia efectiva)
se ve reducida por la forma alargada de las cámaras de combustión, con una alta relación superficie/volumen.
se ve reducida por la forma alargada de las cámaras de combustión, con una alta relación superficie/volumen.
-Freno motor: El motor rotativo Wankel, como los motores de 2T, tiene menos freno motor que los
motores alternativos de 4T, por lo que los vehículos que lo usan precisan unos frenos de mayores
dimensiones.
motores alternativos de 4T, por lo que los vehículos que lo usan precisan unos frenos de mayores
dimensiones.
3.4. Motor a dos tiempos
El motor de 2 tiempos también conocido como motor de ciclo de Otto, por su inventor, ingeniero
alemán Nicolaus August Otto, que diseñó el motor de combustión interna junto con Etienne Lenoir.
alemán Nicolaus August Otto, que diseñó el motor de combustión interna junto con Etienne Lenoir.
La gran ventaja del motor de 2 tiempos es que esta diferencia produce mayor potencia de salida del cigüeñal,
la gran desventaja es un mayor consumo de combustible.
la gran desventaja es un mayor consumo de combustible.
Junto con el motor diésel, es el más utilizado en los automóviles ya que tiene un buen rendimiento y
contamina mucho menos que el motor de dos tiempos.
contamina mucho menos que el motor de dos tiempos.
El ciclo de 4 tiempos consta de seis procesos:
E-A: dmisión a presión constante (renovación de la carga).
A-B: compresión de los gases e isoentrópica.
B-C: combustión, aporte de calor a volumen constante. La presión se eleva rápidamente antes de comenzar
el tiempo útil.
el tiempo útil.
C-D: fuerza, expansión isoentrópica o parte del ciclo que entrega trabajo.
D-A: Escape, cesión del calor residual al ambiente a volumen constante.
A-E: Escape, vaciado de la cámara a presión constante (renovación de la carga.)(isobárico).
Dos de los cuales (E-A y A-E) no participan en el ciclo termodinámico del fluido operante pero son
fundamentales para la renovación de la carga del mismo.
fundamentales para la renovación de la carga del mismo.
1- Durante la primera fase, el pistón se desplaza hasta el PMI (Punto Muerto Inferior) y la válvula de
admisión permanece abierta, permitiendo que se aspire la mezcla de combustible y aire hacia dentro del
cilindro (esto no significa que entre de forma gaseosa).
admisión permanece abierta, permitiendo que se aspire la mezcla de combustible y aire hacia dentro del
cilindro (esto no significa que entre de forma gaseosa).
2- Durante la segunda fase las válvulas permanecen cerradas y el pistón se mueve hacia el PMS,
comprimiendo la mezcla de aire y combustible. Cuando el pistón llega al final de esta fase, una chispa en la
bujía enciende la mezcla.
comprimiendo la mezcla de aire y combustible. Cuando el pistón llega al final de esta fase, una chispa en la
bujía enciende la mezcla.
3- Durante la tercera fase, se produce la combustión de la mezcla, liberando energía que provoca la
expansión de los gases y el movimiento del pistón hacia el PMI. Se produce la transformación de la energía
química contenida en el combustible en energía mecánica trasmitida al pistón, que la trasmite a la biela, y la
biela la trasmite al cigüeñal, de donde se toma para su utilización.
expansión de los gases y el movimiento del pistón hacia el PMI. Se produce la transformación de la energía
química contenida en el combustible en energía mecánica trasmitida al pistón, que la trasmite a la biela, y la
biela la trasmite al cigüeñal, de donde se toma para su utilización.
4- En la cuarta fase se abre la válvula de escape y el pistón se mueve hacia el PMS (Punto Muerto Superior),
expulsando los gases producidos durante la combustión y quedando preparado para empezar un nuevo ciclo
(renovación de la carga).
expulsando los gases producidos durante la combustión y quedando preparado para empezar un nuevo ciclo
(renovación de la carga).
3.5. Motor a cuatro tiempos
Este tipo de funcionamiento es el que comúnmente predomina en los motores que operan con gasolina -también en
los que operan con diesel- y significa que el auto utiliza un motor con ciclo de combustión de cuatro tiempos
que son: admisión, compresión, explosión (o también ignición) y escape.
los que operan con diesel- y significa que el auto utiliza un motor con ciclo de combustión de cuatro tiempos
que son: admisión, compresión, explosión (o también ignición) y escape.
Este funcionamiento es el que permite que una mezcla de gasolina y de aire se conviertan en movimiento para
el auto.
el auto.
El motor de cuatro tiempos fue creado por Nikolaus Otto en 1867 (por ende también se lo conoce como
motor Otto) y se compone de un cilindro, una biela, un cigüeñal, por lo menos dos válvulas, una bujía y otros
elementos que hacen posible el trabajo coordinado del motor.
motor Otto) y se compone de un cilindro, una biela, un cigüeñal, por lo menos dos válvulas, una bujía y otros
elementos que hacen posible el trabajo coordinado del motor.
Los cuatro tiempos son:
- Admisión: el pistón desciende, se abre la válvula de admisión y esto permite el ingreso de la
- Compresión: el pistón asciende y la válvula de admisión se cierra. Debido a que el escape también
- Explosión: El pistón alcanza el máximo de su recorrido. Entonces la bujía produce una chispa
- Escape: El pistón nuevamente sube, pero la válvula de escape ya no se encuentra cerrada: esta se
4. Aire acondicionado:
El aire es la mezcla gaseosa que compone la atmósfera de la Tierra. El concepto suele usarse para nombrar a
la atmósfera en general o alviento. Acondicionado, por otra parte, es algo de buena calidad o que se encuentra
en las condiciones debidas. El verbo acondicionar refiere a dar cierta condición o calidad a algo o a disponer
una cosa de la manera adecuada para un cierto fin.
la atmósfera en general o alviento. Acondicionado, por otra parte, es algo de buena calidad o que se encuentra
en las condiciones debidas. El verbo acondicionar refiere a dar cierta condición o calidad a algo o a disponer
una cosa de la manera adecuada para un cierto fin.
Estas dos definiciones nos permiten entender el concepto de aire acondicionado, que se utiliza para nombrar a
la atmósfera de un espacio cerrado que se halla sometida a determinadas condiciones de temperatura, humedad
y presión mediante mecanismos artificiales.
la atmósfera de un espacio cerrado que se halla sometida a determinadas condiciones de temperatura, humedad
y presión mediante mecanismos artificiales.
El aire acondicionado o acondicionamiento de aire, por lo tanto, es un proceso que consiste en un cierto
tratamiento del aire de un lugar cerrado para generar una atmósfera agradable para quienes se encuentran en
dicho espacio. Incrementar o reducir la temperatura y el nivel de humedad del aire suelen ser los objetivos más
habituales, aunque el proceso también puede implicar una renovación o filtración del aire.
tratamiento del aire de un lugar cerrado para generar una atmósfera agradable para quienes se encuentran en
dicho espacio. Incrementar o reducir la temperatura y el nivel de humedad del aire suelen ser los objetivos más
habituales, aunque el proceso también puede implicar una renovación o filtración del aire.
-Un motor de combustión externa es una máquina que realiza una conversión de energía calórica en energía
mecánica mediante un proceso de combustión que se realiza fuera de la máquina, generalmente para calentar
agua que, en forma de vapor, será la que realice el trabajo, en oposición a los motores de combustión interna,
en los que la propia combustión, realizada dentro del motor, es la que lleva a cabo el trabajo.
Los motores de combustión externa también pueden utilizar gas como fluido de trabajo (aire, H2 y He los más
comunes) como en el ciclo termodinámico Stirling.
mecánica mediante un proceso de combustión que se realiza fuera de la máquina, generalmente para calentar
agua que, en forma de vapor, será la que realice el trabajo, en oposición a los motores de combustión interna,
en los que la propia combustión, realizada dentro del motor, es la que lleva a cabo el trabajo.
Los motores de combustión externa también pueden utilizar gas como fluido de trabajo (aire, H2 y He los más
comunes) como en el ciclo termodinámico Stirling.
5. Bomba de calor.
Vídeo introductorio: https://www.youtube.com/watch?v=GYkQ00ao-XY
6. Combustibles.
Sustancia o materia que al combinarse con oxígeno es capaz de reaccionar desprendiendo calor,
especialmente las que se aprovechan para producir calor.(el carbón, el petróleo, el gas natural y la gasolina
son combustibles)
especialmente las que se aprovechan para producir calor.(el carbón, el petróleo, el gas natural y la gasolina
son combustibles)
7. Bibliografia:
Comentarios
Publicar un comentario