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sábado, 5 de mayo de 2012

TIPOS DE MOTORES

La máquina a vapor es el origen del formidable desarrollo del maquinismo moderno; se puede afirmar que en el curso de este desarrollo, el descubrimiento del motor de combustión interna ha sido toda una revolución, de importancia comparable a la que provocó la aparición de la máquina de vapor.
La idea de utilizar presión para empujar algo hacia arriba o hacia adelante no es nueva. Un tipo de turbina (máquina) de vapor fue diseñada hace aproximadamente 2000 años por Hero de Alejandría. Los chinos ya utilizaban cohetes pirotécnicos que funcionaban con pólvora hace más de 800 años. Sir Isaac Newton explicó el principio del empuje por reacción en sus "leyes de la dinámica" en 1687. En 1791, John Barber de Inglaterra diseñó una turbina de gas, pero tuvieron que pasar 100 años para que se desarrollaran los materiales adecuados para construirla.
El motor de gas de Lenoir (1860), que funcionaba con explosiones, pero sin compresión previa, fue el primer motor industrial. Después, el motor de "compresión previa y ciclo de 4 tiempos", definido por Beau de Rochas (1862) y realizado por Otto en 1878, provee a la industria de un motor de media potencia, cuyo precio y complicación no son comparables al conjunto generador-máquina de vapor.
Con el tiempo, se encontró que los motores más potentes tienen necesariamente que ser multicilíndricos. Por ello comienzan a desarrollarse numerosos tipos de motores, cambiando principalmente el tipo de combustible (y por ende el principio que los rige), así como también variando la disposición de los cilindros, con el fin de lograr un máximo de potencia.
En función del lugar donde se realiza la combustión, los motores térmicos se clasifican en:
 
MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA: Son aquellos en los que el calor desprendido al quemarse el combustible es transmitido a un fluido intermedio, el cual produce la energía mecánica a través de una máquina alternativa o de una turbina.
MOTORES DE COMBUSTIÓN EXTERNA: En estos motores la combustión se produce en una cámara interna al propio motor.
Hay varios tipos de motor de combustión, de los cuales vamos a explicar brevemente los principales:
-Motor de gasolina (convencional del tipo Otto)
-Motores Diésel
-Motor de Dos Tiempos
-Motor de Carga Estratificada
-Motor de Gas Natural
-Motor Eléctrico

Motor de gasolina
El motor se caracteriza por aspirar una mezcla aire-combustible (típicamente gasolina dispersa en aire). El motor Otto es un motor alternativo. Esto quiere decir de que se trata de un sistema pistón-cilindro con válvulas de admisión y válvulas de escape. El funcionamiento se explica con cuatro fases que se llaman tiempos:
1. tiempo (aspiración): El pistón baja y hace entrar la mezcla de aire y gasolina preparada por el carburador en la cámara de combustión.
2. tiempo (compresión): El émbolo comprime la mezcla inflamable. Aumenta la temperatura.
3. tiempo (carrera de trabajo): Una chispa de la bujía inicia la explosión del gas, la presión aumenta y empuja el pistón hacia abajo. Así el gas caliente realiza un trabajo.
4. tiempo (carrera de escape): El pistón empuja los gases de combustión hacia el tubo de escape.
El árbol de manivela convierte el movimiento de vaivén del pistón en otro de rotación. Durante dos revoluciones sólo hay un acto de trabajo, lo que provoca vibraciones fuertes. Para reducir éstas, un motor normalmente tiene varios cilindros, con las carreras de trabajo bien repartidas. En coches corrientes hay motores de 4 cilindros, en los de lujo 6, 8, 12 o aún más.
 

Motor diesel
El motor diesel es un motor térmico de combustión interna en el cual el encendido se logra por la temperatura elevada producto de la compresión del aire en el interior del cilindro. Fue inventado y patentado por el ingeniero alemán Rudolf Diesel en 1892.
Un motor diésel funciona mediante la ignición de la mezcla aire-gas sin chispa. La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el segundo tiempo motor, compresión. El combustible diésel se inyecta en la parte superior de la cámara de compresión a gran presión, de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión. Como resultado, la mezcla se quema muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación.

Motor de dos tiempos

El principio general del motor de dos tiempos es la reducción de la duración de los periodos de absorción de combustible y de expulsión de gases a una parte mínima de uno de los tiempos, en lugar de que cada operación requiera un tiempo completo. El diseño más simple de motor de dos tiempos utiliza, en lugar de válvulas de cabezal, las válvulas deslizantes u orificios (que quedan expuestos al desplazarse el pistón hacia atrás). En los motores de dos tiempos la mezcla de combustible y aire entra en el cilindro a través del orificio de aspiración cuando el pistón está en la posición más alejada del cabezal del cilindro. La primera fase es la compresión, en la que se enciende la carga de mezcla cuando el pistón llega al final de la fase. A continuación, el pistón se desplaza hacia atrás en la fase de explosión, abriendo el orificio de expulsión y permitiendo que los gases salgan de la cámara.
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 de nitrógeno, mientras que la temperatura media es la suficiente para limitar las emisiones de monóxido de carbono e hidrocarburos.

Motor de gas natural
El gas natural como carburante, se usa en los motores de combustión interna al igual como se utilizan los carburantes líquidos. Por ahora, ésta es la principal alternativa al petróleo, principal compuesto tanto de la gasolina como el diesel.
Hay que tomar en cuenta que el gas natural y el GLP son diferentes, ya que el segundo es una destilación del petróleo mezclado con propano y butano. De los dos, el GLP es menos contaminante que el natural, por lo que su uso es más difundido. Uno de los sucesos que le dio rápida popularidad fue la presentación a principios de los noventa del Bugatti EB110 con motor a gas, siendo el auto más rápido del mundo de aquel tiempo.
Debe operar con ciclo Otto dadas sus características propias, por el contrario los motores con ciclo Diesel deben ser transformados a ciclo Otto cuándo se quiere que aquellos funcionen con gas natural.
Cuando un motor de ciclo Otto va a utilizar gas natural, no precisa ninguna transformación mecánica sustancial. Tan solo debe equiparse del sistema de almacenamiento, carburación y avance del encendido, electroválvulas, así como añadirle un convertidor catalítico, si así se desea.


Motor eléctrico
Un motor eléctrico es una máquina eléctrica rotativa que transforma energía eléctrica en energía mecánica. En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión:
-A igual potencia su tamaño y peso son más reducidos.
-Se puede construir de cualquier tamaño.
-Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante.
-Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 80%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina).
-La gran mayoría de los motores eléctricos son máquinas reversibles pudiendo operar como generadores, convirtiendo energía mecánica en eléctrica.
Por estos motivos son ampliamente utilizados en instalaciones industriales y demás aplicaciones que no requieran autonomía respecto de la fuente de energía, dado que la energía eléctrica es difícil de almacenar. La energía de una batería de varios kilos equivale a la que contienen 80 gramos de gasolina. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.
Las iniciativas de preservar al medio ambiente hacen de éste el motor del futuro. Es equivocado decir que ésta es una solución nueva, el motor eléctrico surgió casi al mismo tiempo que el automóvil en sí. Aunque la cantidad de emisiones es casi cero, el gran problema existente tanto hoy como hace 100 años es la misma: la autonomía y la baja performance de sus motores. Aunque ya existen algunas versiones en serie, todavía no se puede considerar en una posibilidad real al corto plazo. Para contrarrestarlo, se prueban todo tipo de baterías, algunos de los cuales funcionan como un motor dentro de otro. Incluso se han probado con baterías a combustible, usando metanol o hidrógeno, pero éstas tienen todavía problemas de almacenamiento.

Fuente:
www.angelfire.com/planet/motorinfo/tipos_de_motores.html
libro "mecanica del automovil" William H. Crouse
www.nichese.com/motor.html


 

6 comentarios:

  1. Bernardo, me parece que tu información está muy completa, pienso que introduces muy bien al tema ya que nombras los antecedentes del motor, desde la idea de utilizar la presión para mover algo, hasta que se encontró que los motores necesariamente tienen que ser multicilíndricos.
    Así como nombras los tipos de motores con ilustraciones y hasta mencionas como funcionan, ventajas, etc.
    Aunque me hubiera gustado que añadieras en donde se usan estos motores. Y me parece que podrías haber agregado que los motores de combustión interna se dividen en alternativos (que a su vez se dividen en motor de explosión ciclo de Otto, y el motor diésel) ,turbina de gas y motor rotatorio.Y que los tipos de motor eléctrico son los de corriente alterna, de corriente continua, y los universales. Asi como mencionar el motor Wankel que tiene un diseño revolucionario ya que utiliza un rotor triangular-lobular dentro de una cámara ovalada, en lugar de un pistón y un cilindro.

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  2. Muchas gracias por el comentario Julia, pues si a mí me pareció correcto poner los antecedentes del el motor y como fue evolucionando y usos de este, y tomando en cuenta tu opinión porque creo es muy importante, les daré unos ejemplos de uso de cada tipo de motor.
    En el caso del motor de gasolina son usados frecuentemente en podaderas de pasto, así como en pequeñas embarcaciones como lanchas.
    El motor diesel que a mi parecer es un motor más usado y común es usado en automóviles y camiones, propulsión aérea, ferroviaria entre otras.
    El motor de dos tiempos puede estar presente en lanchas o en artículos de la casa como refrigeradores.
    El motor de carga estratificada es igual usada en la industria automotriz.
    El motor de gas natural es usado en automóviles y camiones este gas es conocido por ser un alternativo de el diesel.
    Los motores eléctricos se utilizan en la gran mayoría de las máquinas modernas. Su reducido tamaño permite introducir motores potentes en máquinas de pequeño tamaño, por ejemplo taladros o batidoras.
    Tomare en cuenta tus observaciones pero hare más hincapié en el tipo de motor eléctrico ya que es el que es relacionado con el tema de este blog El magnetismo.
    En los motores eléctricos de corriente continua la conversión de energía en un motor eléctrico se debe a la interacción entre una corriente eléctrica y un campo magnético. Un campo magnético, que se forma entre los dos polos Opuestos de un imán, es una región donde se ejerce una fuerza sobre determinados metales o sobre otros campos magnético5 Un motor eléctrico aprovecha este tipo de fuerza para hacer girar un eje, transformándose así la energía eléctrica en movimiento mecánico.
    En los motores de corriente alterna los motores de corriente alterna tienen una estructura similar, con pequeñas variaciones en la fabricación de ¡os bobinados y del conmutador del rotor. Según su sistema de funcionamiento, se clasifican en motores de inducción, motores sincrónicos y motores de colector.
    Espero que se haya completado la información de mi tema, y nuevamente te doy las gracias por el comentario muy bueno sobre el tema y ayudar a que sea más completo.

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  3. Bernie estoy en total acuerdo con Julia. La idea de introducir tu tema desde los antecedentes e ir desarrollandolo fue una muy buena idea. La informacion de tu publicacion es muy completa.
    Tambien estoy de acuerdo con Julia en que te faltaba especificar en que se utilizan los tipos de motores, pero veo que ya lo corregiste. Muy bien Bernie!

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  4. Te agradezco por el comentario, hice mi mayor esfuerzo para abarcar bien mi tema y que bueno que les parezca completa la información.

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  5. El motor es una parte primordial para el funcionamiento de maquinarias, ya que este genera energía mecánica, proveniente de diversas fuentes (como gasolina, gas, etc.) que ya explicaron en este blog. Considero que existen diferentes tipos de motores debido a las diferentes necesidades del hombre y como este ha buscado resolverlas brindándole una mayor facilidad; por ejemplo la necesidad del transporte se ha logrado satisfacer con los automóviles que utilizan y necesitan para su funcionamiento un motor.
    Además de las características que se han indicado en el blog considero pertinente mencionar algunas de las limitaciones u otras características de los motores que se describieron en la información:
    -En el motor de gasolina ante el uso constante produce pérdida de energía por la fricción y la refrigeración, lo cual limita su eficiencia, y también de que depende del grado de compresión que tenga el motor.
    -De igual modo los motores de diésel dependen de las mismas características del motor de gasolina y hablando más específicamente del motor Otto, pero la eficiencia de los de diésel es mayor en un 40%, no obstante trabajan velocidades similares que son aproximadas de 100 a 750 rpm.
    -Respecto al motor de dos tiempos este funciona casi sin vibraciones y su sencillez mecánica permite una fabricación barata, este motor lo considero bastante adecuado debido a que es menos contaminante, uno de los modelos más destacados de dicho motor es el Wankel ya que es más compacto y ligero.
    -En motor de carga estratificada solo añadiría que faltó especificar que es del tipo de combustión interna.
    -El motor de gas natural no lo considero muy factible, además ya no son utilizados masivamente en los motores de automóviles ya que el gas natural es altamente inflamable, por lo que se vuelven bastante peligrosos.
    -Los motores eléctricos son dispositivos que transforman energía eléctrica en energía mecánica y este proceso se lleva a cabo en un campo magnético. Existen variedad de motores eléctricos y cada uno tiene distintos componentes y la estructura que poseen determina la interacción de los flujos eléctricos y magnéticos que originan la fuerza o par de torsión del motor. Es importante indicar que con la Ley de Lorentz se puede entender el origen de las fuerzas en un sistema electromecánico como es el caso del motor eléctrico, pero en términos generales ya que existen variaciones debido a los componentes y al diseño.
    Por los beneficios que brindan los motores eléctricos el año pasado (2013) los vehículos eléctricos que funcionan con motores de esta clase, presentaron ventas en un 82% más en comparación a las del año previo, a pesar de que el precio de este tipo de vehículos es más elevado a la de un auto de motor de diésel, pero los ahorros en mantenimiento y combustible son bastante considerables en comparación.
    Como el tema es Tipo de Motores quisiera añadir otros, los cuales no fueron mencionados:
    -Motor Piezoeléctrico: es un tipo frecuente de motor que utiliza la electricidad para producir vibraciones de forma que produzca un movimiento lineal o rotatorio. Tienen mucha fuerza en movimientos lentos, pero pueden ser también muy rápidos, tienen muy pocas piezas, no necesitan lubricación y son muy eficientes energéticamente. Se usan en los objetivos automáticos de varias cámaras digitales.
    -Motor de Reacción: es un tipo de motor que descarga un chorro de fluido a gran velocidad para generar un empuje de acuerdo a las Leyes de Newton.
    -Motor Stirling: es un motor térmico operado por compresión y expansión cíclica de aire u otro gas, un fluido de trabajo, a diferentes temperaturas, que produce una conversión neta de energía calorífica a energía mecánica.

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  6. Los motores de cd se clasifican con la forma de en que están conectadas las bobinas y la armadura. Cuando las bobinas de la armadura y las bobinas de campo se conectan en serie se dice que el motor esta devanado en serie. En estos tipos de corriente los motores la corriente suministra energía tanto al devanado de campo como la de la armadura , cuando esta gira lentamente su fuerza contra electromotriz es pequeña y su corriente desarrolla un gran momento de torsión a bajas rapideces.

    En un motor devanado en derivación , el devanado de campo y su armadura están conectados en paralelo y su voltaje total se aplica a través de ambos devanados. La ventaja principal de este motor es que produce un momento de torsión mas constante para un amplio intervalo de rapideces. Pero su momento de torsión inicial es mas menor que un motor de devanado en serie.

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