8 ene. 2017

Motores termicos

MOTORES

¿QUÉ SON LOS MOTORES?

Un motor es la parte sistemática de una máquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algún tipo de energía (eléctrica, energía química que contiene el combustible, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo mediante un proceso termodinámico. En los automóviles es este efecto una fuerza que produce el movimiento.

El pistón se acelera debido a la combustión de la mezcla de combustible y aire. Este movimiento rectilíneo ascendente y descendente del pistón se transforma en un movimiento circular gracias al mecanismo del cigüeñal. Finalmente en la culata se controla el intercambio de gases con las válvulas y canales.



TIPOS DE MOTORES


1. MOTORES ELÉCTRICOS

El motor eléctrico es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estátor y un rotor.
Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores o dinamo. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa adecuadamente o con frenos regenerativos.
Son utilizados en infinidad de sectores; instalaciones industriales, comerciales, particulares; como ventiladores, teléfonos, bombas, máquinas herramientas, aparatos electrodomésticos, herramientas eléctricas y unidades de disco.


1.2 CLASIFICACIÓN DE MOTORES ELÉCTRICOS

Motor de Corriente Continua (CC)
Se utiliza en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor

Motor de Corriente Alterna (CA)
Son aquellos motores eléctricos que funcionan con corriente alterna. Un motor eléctrico  convierte la
energía eléctrica en fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los campos magnéticos.

Motores de colector
El problema de la regulación de la velocidad en los motores de corriente alterna y la mejora del factor
de potencia han sido resueltos de manera adecuada con los motores de corriente alterna de colector.

1.3 VENTAJAS

  • Tamaño y peso son más reducidos
  • Se puede construir de cualquier tamaño
  • Son silenciosos, limpios y apenas vibran
  • Su rendimiento es muy elevado
  • Este tipo de motores no emite contaminantes
  • No necesita de refrigeración ni ventilación forzada, están autoventilados

1.4 DESVENTAJAS

  • Mantenimiento caro y laborioso
  • Incapacidad de funcionar a velocidades bajas

2. MOTOR DE IMPULSIÓN

Un motor de impulsión es un dispositivo mecánico empleado para cambiar la velocidad de rotación. Los motores de impulsión se utilizan en los motores de todas las clases, para aumentar la cantidad de esfuerzo en el par de giro para la revolución de un eje: una caja de cambios de cualquier automóvil es un ejemplo claro.

3. MOTOR AERONÁUTICO


Es aquel que se utiliza para la propulsión de aeronaves mediante la generación de una fuerza de empuje. Existen distintos tipos de motores de aviación aunque se dividen en dos clases básicas:
motores recíprocos (o de pistón) y de reacción. Recientemente y gracias al desarrollo de la NASA y otras entidades, se ha comenzado  también la producción de motores eléctricos para aeronaves que funcionen con energía solar fotovoltaica.

4. MOTOR EÓLICO

Son aquellos motores que utilizan la energía del viento. Su uso más conocido son los llamados aerogeneradores, que utilizan la energía cinética del viento para convertirla en energía mecánica.  


5. MOTORES HIDRÁULICOS

Un motor hidráulico es un actuador mecánico que convierte presión hidráulica en una energía mecánica. Se emplean sobre todo porque entregan un par muy grande a velocidades de giro pequeñas en comparación con los motores eléctricos.

6. MOTORES TÉRMICOS

Un motor térmico es una máquina térmica que transforma calor en trabajo mecánico por medio del aprovechamiento del gradiente de temperatura entre una fuente de calor (foco caliente) y un sumidero de calor (foco frío). El calor se transfiere de la fuente al sumidero y, durante este proceso, algo del calor se convierte en trabajo por medio del aprovechamiento de las propiedades de un fluido de trabajo, usualmente un gas o el vapor de un líquido.



Todos estos procesos obtienen su eficiencia (o la pierden) debido a la depresión de la temperatura a través de ellos. Por ejemplo, los sistemas de conversión de energía térmica del océano emplean una diferencia de temperatura entre el agua sobre la superficie y el agua en las profundidades del océano, es decir, una diferencia de tal vez 25 grados celsius, por lo que la eficiencia debe ser baja. Las turbinas de ciclo combinado utilizan quemadores de gas natural para calentar aire hasta cerca de 1530 grados celsius, es decir, una diferencia de hasta 1500 grados, por lo que la eficiencia será alta.

También se puede obtener la energía mecánica a partir del proceso de una combustión (o una reacción nuclear). De ahí los llamados motores de combustión.


Se denomina motor de combustión a un motor capaz de transformar en movimiento la energía proveniente de la combustión de sustancias adecuadas, denominadas combustibles.Cuando la combustión se produce dentro de un recinto cerrado se denominan motores de combustión interna, normalmente utilizados en automóviles.También existen motores de combustión externa, en los cuales la combustión se realiza en una cámara exterior al motor llamada caldera, como las máquinas de vapor. 


CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN


Los motores térmicos se pueden clasificar en varios tipos según varios criterios:




A. PRIMER CRITERIO: Según el lugar donde se realiza la combustión.
  • MOTORES DE COMBUSTIÓN EXTERNA:
 Son aquellos en los que la combustión tiene lugar fuera del motor. El calor desprendido es transmitido a un fluido intermedio, que produce la energía mecánica. Ejemplo: La máquina de vapor, donde el fluido intermedio es el vapor de agua y el lugar de la combustión caldera, fuera del motor.

  • MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA:
La combustión se produce en una cámara interna del propio motor, donde se generan los gases que producen la expansión que causa el trabajo. (Ejemplo: El motor de un coche). Existen distintos tipos de máquinas de combustión interna que se diferencian en el combustible utilizado, las condiciones de combustión y en el número de carreras que efectúa el pistón en un ciclo completo; por otra parte, el movimiento producido puede ser alternativo o rotativo.


VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN EXTERNA

- El combustible de los motores de combustión externa son más baratos frente a los de combustión interna, además de ser más sencillos.
- El poder calorífico es más bajo y la temperatura y el rendimiento son más bajos.
- Son más pesados y de mayor tamaño.
- El calor no se aprovecha tan bien.


B. SEGUNDO CRITERIO:  Según el ciclo del motor.
  • MOTORES DE CUATRO TIEMPOS 
Así llamados debido a que un ciclo termodinámico completo de funcionamiento se puede dividir en cuatro etapas. El nombre de estas etapas es admisión, compresión, expansión y escape. Es el motor más utilizado en los automóviles.

Motor de cuatro tiempos

  • MOTORES DE DOS TIEMPOS
En ellos el ciclo se completa en dos etapas: Admisión-comprensión y expansión-escape, los ciclomotores se mueven por este tipo de motor.



VENTAJAS

-Sencillez de construcción, no llega árbol de levas, ni correa de distribución. 
-Se suprimen las válvulas que siempre están sometidas a un desgaste. 
-Mayor potencia, el motor 2T efectúa trabajo útil cada vuelta del cigüeñal. 
-Mayor funcionamiento de la transmisión. 
-Refrigerada con aire. Auto lubricadas 

INCONVENIENTES

-Menor rendimiento mecánico. 
-Mayor temperatura de funcionamiento ya que la frecuencia de combustión de la mezcla es mayor. 
-Mayor desgaste de sus órganos. 
-Mayores niveles de contaminación.

C. TERCER CRITERIO: Según el tipo de movimiento del motor podemos tener dos grupos de motores térmicos:

  • ALTERNATIVOS

En este tipo de motores un pistón se mueve alternativamente arriba y abajo en el interior de un cilindro.

  • ROTATIVOS

En ellos el fluido actúa sobre pistones o turbinas cuyo movimiento es giratorio. De estos el más conocido es el motor Wankel, en el que la cámara de combustión tiene una pieza giratoria de forma triangular que gira firmemente unida al rotor, y que no dispone de cilindros ni de pistones, como se observa en la figura.







TIPOS

Al combinar los anteriores criterios obtenemos los siguientes tipos de motores:



1. MOTORES DE COMBUSTIÓN EXTERNA 

   1.1 ALTERNATIVOS: MÁQUINA DE VAPOR

Fue el primer motor térmico utilizado, gracias al cual fue posible la revolución industrial. Utilizan agua en sus estados líquido y gaseoso como fluidos de trabajo.



Máquina de vapor



   1.2 ROTATIVOS: TURBINA DE VAPOR
Estas máquinas tienen la ventaja de que carecen de componentes para la transformación de movimiento, por tanto su rendimiento es mayor. Se emplean en centrales eléctricas, propulsión de buques y diversas industrias.





2. MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

   2.1 ROTATIVOS

El caso más conocido es del motor Wankel.


   2.2 ALTERNATIVOS


Es el más común entre los vehículos. Están formados por numerosos componentes que permiten su funcionamiento:







Estos se clasifican en dos grupos:
  • MOTOR DE EXPLOSIÓN (MEP) O MOTOR OTTO     
Este motor fue usado por primera vez por Nilolaus Otto en 1877. Estos motores son los motores convencionales de gasolina. Motor de gasolina
Según el ciclo del motor existen:

    >Motor de explosión (MEP) de 4 tiempos:

El ciclo consta de cuatro etapas o tiempos, dos diabáticos (lleva consigo intercambio de calor) y dos isocoros (volumen constante): como ciclo que es, es cerrado, es decir que se parte de unas condiciones iniciales de presión, temperatura y volumen del gas y se regresa al punto de partida en las mismas condiciones y como motor, absorbe un calor Q1 y cede un calor Q2 al exterior. La diferencia entre energía consumida y cedida se transforma en trabajo.

    >Motor de explosión (MEP) de 2 tiempos:

Son motores más simples que los de cuatro tiempos y no poseen válvulas. La entrada y salida de gases se realiza por unas lumbreras (orificios en las paredes del cilindro) descubiertos y cubiertos por el propio pistón.


VENTAJAS 


- El motor de dos tiempos tiene mayor potencia que el de cuatro tiempos (el de 2 tiempos realiza trabajo en cada vuelta, mientras que el de 4 lo hace cada dos vueltas.

- Al no poseer ni válvulas (que tienden a desgastarse) ni árbol de levas se ahorra espacio y material.
- Menos consumo de combustible y menos emisiones de gases contaminantes.

INCONVENIENTES

- Menor rendimiento mecánico
-Mayor consumo de aceite ( llega a mezclarse con el combustible) y además genera mayor suciedad en el cilindro.
- Combustión poco efectiva



  • MOTOR DE COMBUSTIÓN (MEC) O MOTOR DIÉSEL
Este motor fue diseñado por el Ingeniero Alemán Rudolf Diesel en 1893. Se trata de un motor térmico de combustión interna con encendido por compresión (MEC) y que puede funcionar con ciclos de dos y cuatro tiempos. La diferencia fundamental con el de explosión, es que carece de bujías y en su lugar lleva unos inyectores de combustible. Estos motores han desplazado poco a poco a los MEP. Los motores diesel precisan una mayor cantidad de aire en la combustión, para compensar posibles malas condiciones de la mezcla, siendo la combustión mucho mejor.




DIFERENCIAS ENTRE MOTOR DE GASOLINA Y MOTOR DIÉSEL


Gasolina
  • Menos peso
  • Menos coste de fabricación y más baratos 
  • Mayor régimen de revoluciones
  • Mayor relación potencia peso
  • Respuesta más rápida
  • Menos ruidosos

Diésel
  • Vida útil más larga (Más robustos y luminosos)
  • Consumos más bajos
  • Aceite de engrase de mayor calidad
  • Par motor más alto a bajas revoluciones
  • Temperatura de funcionamiento más baja
  • Menos emisiones de monóxido de carbono