Motores térmicos
Gas Natural y aplicaciones
4 tiempos
Explosión
La combustión se
El fluido
produce
de(gasolina)
trabajo
en
actúa
Combustión Alternativos
una cámara interna
sobreal pistones
propio dotados2 tiempos
motor, y son los gases
de movimiento
generadosalternativo
interna
Diesel
los que causan directamente
de
subida y bajada
el
movimiento de los mecanismos
del motor.
El fluido actúa sobre
Motor Wankel
Rotativos
Máquinas que tiene por misión
transformar energía térmica en
Motores mecánica que sea directamente
térmicos utilizable para producir trabajo.
pistones rotantes o sobre Turborreactor
turbinas.
Turbina de gas c.a.
Estatorreactor
Turbohélice
Cuando la energía procede de
quemar combustibles Alternativos
se llaman
Máquina de vapor
motores de combustión.
El calor desprendido al
Combustión
quemarse el combustible es
transmitido a Turbina
un fluido
de vapor
externa
intermedio, el cual produce
laRotativos
energía mecánica.
Turbina de gas de ciclo cerrado
Motor de explosión de cuatro tiempos
Elementos del motor ( exteriores o de soporte)
Motor de explosión de cuatro tiempos
Elementos del motor ( internos )
Motor de
explosión de
cuatro tiempos
Válvulas
Elementos de un
motor de explosión
de cuatro tiempos
Elementos del motor
Cilindro
Pieza hueca que se encuentra en el interior
del motor donde tiene lugar la explosión de la
mezcla ( aire-gasolina), y por donde se desliza
el pistón en su movimiento alternativo.
Consta de cuerpo, de forma cilíndrica, y de culata
que es desmontable, donde se sitúan las válvulas y
la bujía. Rodeando al cilindro va la camisa de agua,
que sirve para su refrigeración.
Los cilindros se construyen en una sola pieza llamada bloque.
Se construyen de hierro fundido o de aleación de
aluminio.
Aloja a los cilindros, con los pistones y bielas, y
soporta el cigüeñal.
Dispone de una serie de orificios para el agua de refrigeración
y para el aceite de lubricación.
El bloque está cerrado por arriba por la culata y por
debajo por el cárter inferior o de aceite.
Puede llevar camisas intercambiables, que son piezas independientes
( de hierro) que se añaden al bloque, que están en contacto con el
pistón.
Si no lleva camisas, las paredes del cilindro tienen un tratamiento superficial para
soportar la fricción de los pistones.
Bloques de cilindros
Elementos del motor
Culata
Cubre el bloque de cilindros (al que va unido mediante tornillos o
pernos) por la parte superior, y contiene los conductos por los que entran
y salen los gases al motor, las canalizaciones para la circulación de los
líquidos refrigerante y lubricante, y además alojan el mecanismo de la
distribución.
Se fabrica generalmente de
fundición aleada con otros metales,
que añaden características
especiales de resistencia, rigidez y
conductividad térmica.
En otras ocasiones se utilizan
aleaciones de aluminio, ya que este
material combina la ligereza con un
alto grado de conductividad térmica.
La culata se acopla al bloque motor
con interposición de una junta de
material antitérmico forrada con láminas
metálicas, que realiza una unión estanca
entre ambos, impidiendo las fugas de los
gases de la compresión o del líquido
refrigerante que circula desde el bloque
a la culata.
Elementos del motor
Culata
Junta de culata: Lámina de material deformable
que se interpone entre el bloque de cilindros y la
culata para asegurar la estanqueidad en la
cámara de combustión.
En la culata pueden observarse huecos
labrados, que forman la cámara de
combustión, donde quedan encerrados los
gases al final de la compresión.
Rodeando a estas cámaras existen unas cavidades,
que comunican con las camisas de agua del bloque a
través de orificios por los que llega a la culata el
líquido refrigerante que enfriará esta zona.
En la cámara de combustión y debidamente
emplazado se dispone un orificio roscado en el que
se aloja la bujía.
La culata se trata de uno de los elementos más
complejos del motor por diseño, fabricación y por
soportar elevados esfuerzos térmicos.
Elementos del motor
Cárter
El cárter sirve de apoyo a los cilindros y encierra los demás órganos del
motor.
Cárter del cigüeñal o cárter superior, es la pieza inferior de un bloque
motor. Esta pieza soporta al cigüeñal mediante los cojinetes.
Es la pieza por donde se apoya el
motor al bastidor del coche.
Cárter inferior: pieza que cierra el
motor por debajo. Sirve de depósito del
aceite de lubricación. Es normalmente
de chapa de acero.
Elementos del motor
Pistón
Es la pieza móvil que se desplaza en el interior del cilindro al recibir el
empuje de la explosión de la mezcla de aire-combustible.
Está constituido por una sola pieza
dividida en dos partes:
La cabeza, soporta directamente las
presiones y temperaturas del gas.
La falda, que sirve de guía al pie de biela y soporta el
empuje lateral y el rozamiento contra las paredes del
cilindro.
En la cabeza del pistón se
practican unas gargantas, donde
se alojan unos anillos circulares
y elásticos llamados segmentos,
que ajustan perfectamente a las paredes del cilindro evitando las
fugas del gas.
En la falda va practicado un orificio que aloja a un
eje llamado bulón, que realiza la unión del pistón a la
biela.
Se construyen de duroaluminio, aleación de aluminio,
cobre y níquel, que endurece el aluminio manteniendo su
ligereza.
Elementos del motor
La fuerza que actúa sobre la cabeza del pistón en el momento de la
Pistón explosión, puede ser superior a una tonelada. Por esta causa, el pistón
debe ser resistente para soportar las altas presiones y elevadas
temperaturas. El pistón debe ser ligero, con lo que se disminuyen las
fuerzas de inercia generadas en su movimiento, permitiendo
aumentar la velocidad del pistón y alcanzar regímenes
elevados de rotación de los motores.
Dado que el coeficiente de dilatación del aluminio es muy superior al correspondiente al
cilindro, es necesario adoptar un huelgo notable entre la falda del pistón y el cilindro, al
objeto de que no se produzca el agarrotamiento entre ambos con la elevación de
temperaturas propias del funcionamiento del motor
Esto presenta el inconveniente de que en el funcionamiento en frío
se produce un "cabeceo" debido a la holgura de montaje.
La solución se obtiene dando a la cabeza del pistón un diámetro inferior al de la
falda, en cantidad suficiente para compensar la dilatación que sufrirá al calentarse,
sin que se agarrote en el cilindro.
En la falda también se practica en ocasiones una ranura vertical con
cierta inclinación, que permite la dilatación de la falda sin que se
produzca el agarrotamiento en el cilindro.
Otra solución consiste en fabricarlo con la falda ligeramente ovalada.
En otras ocasiones se colocan metal invar, cuyo coeficiente de dilatación es
prácticamente nulo, con el cual se consigue limitar la dilatación del pistón.
Elementos del motor
Segmentos del pistón
Son aros o anillos elásticos, de diámetro algo mayor que el del cilindro.
Segmentos de compresión, impiden que los gases de la explosión
pasen al cárter. El que se coloca más alto se llama segmento de
fuego, pues tapona el paso de las llamas.
Segmentos de engrase, impiden
que el lubricante que sube del
cárter , engrasando las paredes
entre el pistón y el cilindro, pase a
la cámara de explosión
Elementos del motor
Biela
Une el pistón con la correspondiente manivela del
cigüeñal.
Se pueden distinguir tres partes:
El pie es la parte más estrecha, y en la que se
introduce el casquillo en el que luego se inserta
el bulón (cilindro metálico que une la biela con el
pistón).
El cuerpo es la parte central, y por lo general
tiene una sección en forma de doble T
La cabeza es la parte más ancha, y se compone de dos
mitades, una unida al cuerpo y una segunda denominada
sombrerete, que se une a la primera mediante pernos. Entre
estas dos mitades se aloja un casquillo a presión que es el
que abraza a la correspondiente muñequilla en el cigüeñal.
Por lo general, las bielas se realizan en acero templado
mediante forja, aunque hay motores de competición con
bielas de titanio, y se está experimentando con la fibra de
carbono.
Elementos del motor
Biela
Elementos del motor
Cigüeñal
El cigüeñal es la pieza del motor que recoge el esfuerzo de la
explosión y lo convierte en par motor a determinadas revoluciones.
Está sometido a violentos esfuerzos
provocados por las explosiones y las
reacciones debidas a la aceleración de
los órganos dotados de movimiento
alternativo.
Se construye generalmente por proceso de estampación,
de acero cementado y templado, con aleaciones de níquel y
cromo.
El cigüeñal gira sobre cojinetes unidos al cárte superior,
por medio de sombreretes, con interposición de casquillos
de antifricción.
A los codos o muñequillas
se unen las cabezas de biela
y en su prolongación,
oponiéndose a ellos, se
encuentran los contrapesos,
que equilibran el cigüeñal.
Elementos del motor
Cigüeñal
En uno de los extremos del cigüeñal se forma el plato, donde se
monta el volante de inercia por medio de tornillos roscados.
También se apoya el eje primario de la
caja de velocidades, sobre el que se
monta el disco de embrague, que ha de
transmitir el movimiento del cigüeñal a
las ruedas.
En el otro extremo se monta un piñón del que se saca
movimiento para el árbol de levas.
También se monta una polea que da movimiento
generalmente a la bomba de agua y al generador
de energía eléctrica.
El número de muñequillas y su situación depende del tipo de motor (número de
cilindros y disposición de los mismos).
Es corriente el empleo de cigüeñales con cinco apoyos (bancadas),
en los motores de cuatro cilindros,
Los cigüeñales van taladrados desde los codos a los apoyos para permitir su
engrase. El aceite se hace llegar a presión a los apoyos de bancada, pasa desde éstos,
por el interior del cigüeñal hasta los codos, desde los cuales es salpicado al exterior
después de engrasar las articulaciones, formando la correspondiente película de aceite.
Elementos del motor
Cigüeñal
Elementos del motor
Volante
de
Es una rueda de acero
que se monta en un extremo
inercia
del cigüeñal con el objeto de
regularizar su giro.
Almacena energía cinética durante los
momentos que el motor entrega potencia
(el momento de explosión en los
cilindros), para devolverla y permitir que
el motor siga girando cuando el motor no
se encuentra en uno de esos momentos
en los que genera trabajo
Sus dimensiones dependen del tipo de
motor (cilindrada, número de cilindros, etc) y
de la longitud del cigüeñal.
Elementos del motor
Distribución
Consta de:
Árbol de levas
Válvulas
Es el conjunto de piezas que regulan la entrada y salida
de los gases en el cilindro.
Elementos del motor
Distribución
Válvulas
Es el elemento encargado de abrir y cerrar las canalizaciones
por donde entra el aire de admisión (válvulas de admisión) y
por donde salen los gases de escape (válvulas de escape) del
cilindro.
Constan de cabeza y cola o vástago.
La cabeza tiene forma de seta , y tapa o abre el orificio de admisión
o de escape.
La cola se desliza dentro de una guía, y mediante un
muelle recupera su posición inicial.
Las válvulas son piezas sujetas a altos esfuerzos mecánicos,
a altas temperaturas y a influencias corrosivas.
El esfuerzo mecánico se origina al flexionarse la cabeza de
válvula por la presión que ejerce el encendido y por el fuerte
contacto al cerrar (impacto).
Las válvulas son sometidas a una temperatura muy elevada
proveniente de la cámara de combustión.
Las válvulas de admisión alcanzan temperaturas de 300º a 500º C.
aproximadamente, y las de escape pueden llegar hasta los 1000º C.
de calor.
Las válvulas de admisión son siempre más grandes que
las de escape, porque es más difícil introducir el aire en el
cilindro que sacar los gases quemados.
Elementos del motor
Árbol
De
levas
Distribución
Es el elemento del motor que se encarga de abrir y cerrar las
válvulas de admisión y escape según los tiempos e intervalos
preestablecidos por el diagrama de distribución.
Se trata de un eje o árbol realizado en acero forjado dotado de levas
o excéntricas que accionan las válvulas, que gira sobre unos
rodamientos específicos mediante una conexión con el cigüeñal.
Cada dos vueltas que da el cigüeñal el árbol de levas da
una sola.
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Tema 7: Motores térmicos