Resumen
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. Se emplean
motores de combustión interna de cuatro tipos:
El motor cíclico Otto, cuyo nombre
proviene del técnico alemán que lo inventó,
Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina que se
emplea en automoción y aeronáutica.
El motor diesel, llamado así en
honor del ingeniero alemán nacido en Francia Rudolf
Diesel, funciona con un principio diferente y suele consumir
gasóleo
El motor rotatorio.
La turbina de combustión.
Casi todos los automóviles de hoy utilizan lo que
es llamado un ciclo de combustión de cuatro tiempos para
convertir gasolina a movimiento. El ciclo de cuatro tiempos
también es conocido como ciclo de OTTO, en honor a
Nikolaus Otto. 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.
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.
4. Escape: El pistón sube
nuevamente, pero esta vez la válvula de escape se
encuentra abierta permitiendo 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.
Antecedentes
Desde su presencia en la Tierra, el hombre se ha movido
por la superficie del planeta, primero como un nómada y
después, ya establecido, para comunicarse con otros
asentamientos humanos.
Los caminos y las rutas comerciales empezaron a surcar
el mundo las caravanas con productos a la espalda de porteadores
y a lomo de animal dejaron su huella durante muchos años.
Después, con la invención de la rueda y el carro,
aquellos caminos se ensancharon grandes volúmenes de
mercancías comenzaron a fluir a la velocidad permitida por
la tracción animal y esta historia se prolongó
también por muchos años… hasta la
invención de l a máquina de vapor y su
aplicación a la locomotora. Como ya sabemos, la
máquina de vapor consistía básicamente en
una caldera con agua a la que se le aplicaba el calor producido
por un fogón en la parte exterior. El vapor generado por
la ebullición del agua se conducía a unos grandes
émbolos y su fuerza expansiva movía las ruedas
de la locomotora que arrastraba así grandes
convoyes. La máquina de vapor era pues, un motor de
combustión externa que rápidamente
evolucionó y logró ser aplicado en los primeros
intentos por sustituir al caballo en la tracción de
carros. Sin embargo, no fue sino hasta el desarrollo del motor de
combustión interna, que se logró integrar el
concepto moderno de automóvil; un vehículo que se
mueve por sí mismo, impulsado por la fuerza generada al
quemar su combustible dentro del motor.
Los motores hidráulicos son los más
antiguos conocidos (Herón de Alejandría, S. I a.
J.C.), utilizaban como fuerza motriz la energía de una
masa de agua que cae desde cierta altura, llamada salto. Esta
energía se transforma en trabajo útil disponible en
el eje de la máquina, que antaño era la rueda
hidráulica, actualmente la turbina. El motor nace por la
necesidad de trabajos que, bien por duración, intensidad,
manejabilidad o mantenimiento, no puede ser realizado por
animales. El motor de combustión interna ha conservado
hasta la fecha sus características fundamentales, si bien
ha sufrido en los últimos años modificaciones y
refinamientos que lo han convertido en una máquina
altamente sofisticada que incorpora los más avanzados
sistemas de control electrónico, la mayoría de los
cuales tiene por objeto el máximo aprovechamiento del
combustible y la reducción consecuente de las emisiones
contaminantes.
Investigación
Diagrama de flujo funcional del Motor de
combustión interna del motor tipo Otto
Propiedades termodinámicas de la
gasolina: Puesto que la investigación se hará
para los motores de combustión interna del
motor tipo Otto, la investigación de propiedades es para
su combustible, en este caso, la gasolina. La gasolina tiene
cuatro propiedades principales:
Octanaje
Propiedad principal de la gasolina ya que está
altamente relacionada al rendimiento del motor del
vehículo. El octanaje se refiere a la medida de la
resistencia de la gasolina a ser comprimida en el motor. Esta se
mide como el golpeteo o detonación que produce la gasolina
comparada con los patrones de referencia conocidos de iso -octano
y N-heptano, cuyos números de octano son 100 y cero
respectivamente.
Curva de destilación:
Esta propiedad se relaciona con la
composición de la gasolina, su volatilidad y su
presión de vapor. Indica la temperatura a la cual se
evapora un porcentaje determinado de gasolina, tomando una
muestra de referencia.
Volatilidad:
La volatilidad es una propiedad la cual se mida al igual
que la presión de vapor. Esta registra de manera indirecta
el contenido de los componentes volátiles que brinden la
seguridad del producto durante su transporte y almacenamiento.
Esta propiedad debe a su vez estar en relación con las
características del ambiente de altura, temperatura y
humedad, para el diseño del almacenamiento del
producto.
Contenido de azufre:
Esta propiedad se encuentra altamente relacionada con la
cantidad poseída de azufre (S) presente en el producto.
Dentro de la cantidad, se encuentran determinados promedios y
estadísticas en la cual en producto no puede sobrepasar o
resaltar, ya que si esto sucede la gasolina puede tener efectos
corrosivos sobre las partes metál icas del motor y sobre
los tubos de escape. A su vez, al salir del caño de
escape, esta produce un alto grado de
contaminación en el ambiente, produciendo a su vez
las conocidas lluvias ácidas.
Norma SAE
La norma, o más bien la clasificación SAE
aplica para los lubricantes, clasifica a los aceites de acuerdo a
la viscosidad del lubricante y los divide en: monogrados (a estos
se les asigna un número el cual es indicativo de su
viscosidad) y multigrados (se les asigna dos números y
entre ellos se coloca la letra W de Winter que significa invierno
en inglés).
Los aceites monogrados tienen la característica
de que su viscosidad cambia de manera importante con la
temperatura, cuando ésta baja, su viscosidad se incrementa
y cuando aumenta su viscosidad disminuye. Entre los aceites
monogrados se tienen:
• SAE40 Usado en motores de trabajo pesado
y en tiempo de mucho calor (verano)
• SAE30 Sirve para motores de
automóviles en climas cálidos
• SAE20 Empleado en climas
templados o en lugares con temperaturas inferiores a 0°C,
antiguamente se utilizaba para asentamiento en motores nuevos.
Actualmente esto no se recomienda
• SAE10 Empleado en climas
con temperaturas menores de 0°C.
Clasificación api para servicio
de los aceites
El Instituto Americano del Petróleo clasifica a
los aceites de acuerdo al tipo de motor en el cual será
utilizado, los divide en aceites para motores a gasolina o para
diesel y les asigna dos letras: la primera indica el tipo de
motor; si es de gasolina, esta letra es una "S" del inglés
spark (chispa) si la letra es una "C" (del inglés
compression) el aceite es para un motor a diesel. La segunda
letra que forma la pareja indica la calidad del
aceite.
Debido a que se eligieron motores de gasolina, se
utilizara la siguiente clasificación:
•SA Típico para motores en
condiciones ideales en donde son adecuados los aceites minerales
simples (obsoleto)
• SB Para motores cuyo funcionamiento se
asemeja al anterior, para motores que necesitan un aceite que les
brinde protección contra rayaduras, resistencia a la
oxidación y a la corrosión (obsoleto)
•SC Para vehículos de 1964 a 1967,
incluye aditivos detergentes y dispersantes a la vez ofrecen
protección contra el desgaste, la herrumbre y la
corrosión • SD Para motores a partir de 1968 ofrecen
mayor protección contra el desgaste, la herrumbre y la
corrosión
• SE Para motores modelo 1972 y
posteriores, ofrecen mayor protección contra
corrosión, los depósitos por alta temperatura
(lodos) y la oxidación del aceite
• SF Para motores a partir de 1980,
efectúa protección contra oxidación del
aceite, formación de depósitos, herrumbe y
corrosión
• SG Adecuado para motores modelo 1989, se
recomienda usar en motores recién reparados
• SH Adecuado para motores modelo 1993 de
inyección electrónica de combustible, turbocargados
o supercargados
• SJ Adecuado para motores modelo 1996
turbocargados, supercargados o de inyección
electrónica, especialmente preparado para reducir el
desgaste durante el arranque y reducir el consumo de
combustible
Viabilidad del motor de
combustión interna en México
El motor de combustión interna ha sido muy viable
en este país, debido a que la manufactura es muy
económica, sin embargo las tendencias que han surgido en
estos últimos años motiva realizar cambios
importantes, el principal de ellos es el cuidado del medio
ambiente, ya que los productos de la combustión, resultan
muy dañino para el ecosistema, por otra parte, la carencia
de combustibles que se ha suscitado, es otro motivo por el cual
deben de postularse cambios alrededor del funcionamiento de este,
sin embargo, esos cambios se han visto demasiado tardíos,
por varias situaciones que no analizaremos en estos momentos, por
lo que podemos decir que las mejoras tendrán
que esperar al menos ahora que es viable, seguramente veremos
cambios hasta que sea completamente inviable
Rápida descripción sobre
los motores de combustión interna
Un motor de combustión interna tipo Otto 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 prin cipal de un motor.
Perspectivas y
análisis
Podemos decir que los motores de combustión
interna han sido un invento que revoluciono la forma de vida del
humano, sin embargo los cambios que han surgido recientemente han
creado nuevas necesidades, en las cuales sea más eficiente
y menos contamínate, aunado a la carencia de combustible
para este, a pesar de que las soluciones a estos problemas se han
visto ralentizadas por diversas circunstancias si han surgido
avances, cabe mencionar que el principio de cómo funciona
este motor, se ha preservado en las diversas soluciones, tal y
como el biodiesel o el de quema de hidrogeno y aunque en
cuestión de eficiencia deja mucho que desear sin él
sería difícil que hubiéramos tenido tantos
avances. Podemos concluir diciendo que a pesar de las desventajas
este motor persistirá y lo seguiremos viendo y utilizando
en el futuro.
Autor:
Jesús Ricardo Salazar
Rosas
Instituto Politécnico
Nacional
E.I.S.Q.I.E.
Química y Catálisis del
Petróleo