El primer motor de combustión interna fue construido por Jean Joseph Étienne Lenoir en 1860, con un rendimiento de aproximadamente un 3%. Más tarde, en 1867, Nikolaus August Otto y Eugen Langen presentaron un motor mejorado en la Exposición Universal de París, alcanzando un rendimiento del 9%. En 1878, Otto desarrolló un motor de gas de cuatro tiempos con un rendimiento del 15%, y en 1883, Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach crearon el primer motor de gasolina de cuatro tiempos para automóviles. En 1897, Rudolf Diesel presentó un motor de gasóleo, que desde entonces ha sido ampliamente utilizado en vehículos industriales debido a su eficiencia y robustez.
Tipos de Motores y Su Clasificación: Los motores de combustión interna se clasifican según varios criterios:
Por el Movimiento: Motores alternativos y rotativos.
Por la Disposición de los Cilindros: En línea, en V, en W, y horizontales opuestos.
Por el Método de Trabajo: De cuatro tiempos y de dos tiempos.
Por el Tipo de Combustión: Motores de gasolina (encendido por chispa) y motores diesel (ignición espontánea).
Motores de Gasolina (Motor Otto de Cuatro Tiempos): Los motores de gasolina funcionan quemando una mezcla de aire y combustible mediante una chispa eléctrica, transformando la energía química en energía mecánica. El ciclo de trabajo de un motor de gasolina se compone de cuatro tiempos: admisión, compresión, combustión y escape.
Ciclo Teórico en Motores Alternativos
En los motores alternativos, el pistón se desplaza entre dos posiciones extremas: el punto muerto superior (PMS) y el punto muerto inferior (PMI). Durante este movimiento, el cigüeñal realiza un giro de 180º. Así, un ciclo completo de trabajo se compone de cuatro fases o tiempos, que se desarrollan a lo largo de dos vueltas del cigüeñal.
Fases del Ciclo en un Motor de Gasolina:
Admisión: En el primer tiempo, el pistón se encuentra en el PMS y se desplaza hacia el PMI. Durante este desplazamiento, se crea una depresión en el cilindro, permitiendo la entrada de la mezcla de aire y combustible a través de la válvula de admisión, mientras que la válvula de escape permanece cerrada.
Compresión: En el segundo tiempo, con el pistón en el PMI y el cilindro lleno de la mezcla de aire y combustible, la válvula de admisión se cierra. El pistón asciende hacia el PMS, comprimiendo la mezcla en la cámara de combustión, con ambas válvulas cerradas.
Explosión (Combustión): Al alcanzar el PMS, la mezcla comprimida se enciende mediante una chispa generada por la bujía. Esto provoca la combustión de la mezcla, aumentando la presión y la temperatura de los gases. Estos gases empujan el pistón hacia el PMI, produciendo la fase de trabajo, mientras las válvulas permanecen cerradas.
Escape: En el cuarto tiempo, con el pistón en el PMI y el cilindro lleno de gases quemados, el pistón se desplaza hacia el PMS. La válvula de escape se abre, permitiendo la expulsión de los gases residuales a través del sistema de escape. En este punto, las dos válvulas pueden estar brevemente abiertas, un fenómeno conocido como cruce o solapamiento de válvulas.
El ciclo completo se repite cada dos vueltas del motor, con cada fase ocurriendo cada 180º de giro del cigüeñal. Las válvulas del motor se abren y cierran en los puntos muertos, controladas por un sistema que regula su movimiento y sincronización con el ciclo del pistón.
Consideraciones de Diseño
En la práctica, un motor operando bajo este ciclo teórico no maximiza la eficiencia del combustible ni el rendimiento. Por ello, los ingenieros ajustan los tiempos del motor y la apertura de válvulas para optimizar el funcionamiento del motor según las necesidades específicas de cada diseño. Estos ajustes incluyen la modificación de los momentos de apertura y cierre de las válvulas, así como el ajuste de la duración de los tiempos, para mejorar la eficiencia y el rendimiento del motor.
Ciclo Real en Motores Alternativos
En la práctica, el ciclo real de un motor alternativo difiere del ciclo teórico debido a ajustes en la apertura y cierre de las válvulas para mejorar la eficiencia y el rendimiento.
Primer Tiempo: Admisión
En el ciclo real, el tiempo de admisión se extiende más allá de los límites teóricos. La válvula de admisión se abre antes de que el pistón llegue al punto muerto superior (PMS), un adelanto conocido como «Adelanto de Apertura de Admisión» (AAA), que generalmente ocurre entre 10 a 15 grados antes del PMS. El cierre de la válvula de admisión no ocurre en el punto muerto inferior (PMI), sino que se retrasa unos 40 a 45 grados, en lo que se conoce como «Retroceso al Cierre de la Admisión» (RCA). Estas modificaciones permiten aprovechar la inercia de los gases para mejorar la eficiencia de la admisión.
Segundo Tiempo: Compresión
En el ciclo real, el tiempo de compresión comienza cuando la válvula de admisión se cierra, con el pistón ya en su carrera ascendente. Antes de que el pistón alcance el PMS, la bujía genera una chispa, un fenómeno conocido como «Avance de Encendido» (AE), que inicia la combustión de la mezcla. Este adelanto en el encendido permite una combustión más eficiente y potente.
Tercer Tiempo: Trabajo o Expansión
La fase de trabajo se inicia cuando la mezcla se inflama antes de que el pistón alcance el PMS. Esto asegura que la presión máxima de los gases quemados, que puede superar los 60 bar, ocurra en el PMS. Con ambas válvulas cerradas, la presión de los gases empuja el pistón hacia el PMI, convirtiendo la energía en trabajo mecánico. Antes de que el pistón llegue al PMI, se abre la válvula de escape, iniciando la fase de escape.
Cuarto Tiempo: Escape
En el ciclo real, la válvula de escape se abre antes de que el pistón alcance el PMI, conocido como «Adelanto de Apertura de Escape» (AAE), que típicamente ocurre entre 40 a 50 grados antes del PMI. Esto permite que los gases salgan rápidamente al exterior. El pistón empuja los gases hacia afuera en su movimiento hacia el PMS. La válvula de escape permanece abierta después del PMS, un retraso conocido como «Retraso al Cierre de Escape» (RCE), que generalmente es de 15 a 20 grados, para aprovechar la inercia de los gases y mejorar la eficiencia del proceso de escape.
Estos ajustes en el ciclo real están diseñados para maximizar la eficiencia y el rendimiento del motor, asegurando una mejor combustión y una evacuación más efectiva de los gases quemados.
Motor Diesel
El motor Diesel, patentado por Rudolf Diesel en 1892, se diferencia significativamente del motor de gasolina, principalmente en su método de combustión y operación. A continuación, se detalla su funcionamiento y características:
Principio de Funcionamiento
A diferencia del motor de gasolina, el motor Diesel no requiere una chispa eléctrica para iniciar la combustión. En su lugar, utiliza un proceso térmico. La combustión en un motor Diesel se produce al inyectar el gasóleo pulverizado a alta presión en la cámara de combustión.
El proceso es el siguiente:
Inyección del Combustible: El gasóleo se inyecta a alta presión en la parte superior de la cámara de compresión. Este combustible se atomiza y se mezcla con el aire, que ya está a una temperatura y presión elevadas debido a la compresión.
Combustión: La mezcla de aire y gasóleo se enciende debido a la alta temperatura alcanzada durante la compresión, lo que provoca una combustión rápida. Esta combustión genera una expansión de los gases dentro de la cámara, empujando el pistón hacia abajo.
Conversión del Movimiento: La biela transmite el movimiento lineal del pistón al cigüeñal, transformando este movimiento lineal en rotación del cigüeñal, que es la forma en que se aprovecha la energía mecánica generada.
Características y Diferencias con el Motor de Gasolina
Sistema de Encendido: El motor Diesel no cuenta con un circuito de encendido, ya que la combustión es iniciada por la alta temperatura generada durante la compresión.
Inyección de Combustible: En lugar de una mezcla aire-combustible que se introduce en el cilindro, el motor Diesel tiene un sistema de inyección que pulveriza el combustible directamente en la cámara de compresión.
Presiones de Operación: Los motores Diesel operan a presiones mucho más altas que los motores de gasolina, por lo que las piezas del motor están diseñadas para ser más robustas y soportar mayores tensiones.
Eficiencia Térmica: Los motores Diesel tienen un mayor rendimiento térmico en comparación con los motores de gasolina. Esto significa que generan más potencia con un menor consumo de combustible, lo que los hace más eficientes en términos de consumo de energía.
Ciclo Operativo
El ciclo operativo del motor Diesel es similar al del motor de gasolina, con la principal diferencia en la inyección del combustible. Los cuatro tiempos del ciclo son:
Primer Tiempo: Admisión de Aire
Segundo Tiempo: Compresión del Aire
Tercer Tiempo: Explosión o Trabajo
Cuarto Tiempo: Escape
Este ciclo asegura la operación continua del motor Diesel, destacándose por su durabilidad y eficiencia.
Motor Rotativo (Motor Wankel)
El motor rotativo, también conocido como motor Wankel, es un tipo de motor de combustión interna con encendido por chispa que quema una mezcla de aire y combustible. A continuación, se describen sus características y funcionamiento.
Principio de Funcionamiento
El motor rotativo opera con un diseño único que difiere notablemente del motor alternativo tradicional. En lugar de pistones con movimiento de vaivén, utiliza discos rotativos para realizar las funciones de admisión, compresión, combustión y escape. Estos discos, llamados émbolos rotativos, giran dentro de una carcasa ovalada, generando un ciclo operativo de manera continua.
Discos Rotativos: En lugar de pistones, el motor Wankel usa discos triangulares con forma lobular que giran dentro de una carcasa ovalada. Estos discos actúan como los émbolos del motor y están montados en un eje excéntrico.
Ciclo de Cuatro Tiempos: Aunque el motor rotativo realiza un ciclo de trabajo basado en cuatro tiempos (admisión, compresión, combustión, escape), la disposición de los discos y el diseño de la carcasa permiten que un solo giro del eje excéntrico complete todo el ciclo operativo. Esto se logra mediante un cambio de gases cerrado, similar a los principios de un motor de dos tiempos.
Cámara de Trabajo: La cámara de trabajo se desplaza a lo largo de la pared de la carcasa ovalada, cambiando de forma conforme el disco gira. Este diseño permite una operación continua del motor con menos interrupciones.
Ventajas del Motor Rotativo
Tres Explosiones por Vuelta: Cada vuelta completa del motor Wankel genera tres explosiones, lo que resulta en una mayor potencia en comparación con los motores alternativos de pistones.
Menor Número de Piezas Móviles: El motor rotativo tiene menos piezas móviles en comparación con los motores tradicionales. Esto reduce las fuerzas de inercia y las vibraciones, contribuyendo a una operación más suave.
Mayor Suavidad de Marcha: Debido a que todos los componentes del motor giran en la misma dirección, el motor Wankel ofrece una marcha más uniforme y equilibrada.
Inconvenientes del Motor Rotativo
Elevado Coste de Producción y Mantenimiento: La fabricación y el mantenimiento del motor rotativo pueden ser más costosos debido a la complejidad de su diseño y a la necesidad de piezas de precisión.
Estanqueidad del Rotor: La completa estanqueidad en el rotor puede ser difícil de conseguir debido al cierre de los segmentos laterales y superiores. Esto puede llevar a pérdidas de compresión y eficiencia.
Relación Consumo-Potencia: El diseño alargado de las cámaras de combustión puede resultar en una mayor relación entre el consumo de combustible y la potencia generada, lo que podría hacer que el motor sea menos eficiente en términos de consumo.
En resumen, el motor rotativo Wankel ofrece una serie de ventajas en términos de potencia y suavidad de funcionamiento, pero también presenta desafíos significativos en cuanto a coste, mantenimiento y eficiencia.
Motores de Dos Tiempos: Más ligeros y simples que los motores de cuatro tiempos, estos motores completan un ciclo de trabajo en solo dos carreras del pistón, lo que los hace ideales para motocicletas y vehículos pequeños. Sin embargo, su eficiencia es menor debido a la pérdida de mezcla sin quemar a través del escape.
Características del Motor: Los motores tienen varias características clave que los identifican, como el diámetro del cilindro, la carrera, la cilindrada unitaria y total, la cámara de combustión, la relación de compresión, el sentido de giro y el orden de encendido. Estas características determinan el rendimiento y la eficiencia del motor.
Conclusión
En este blog, hemos explorado varios tipos de motores, desde los clásicos motores de gasolina y diésel hasta el innovador motor rotativo Wankel. Aquí te dejamos un resumen de lo que hemos cubierto y algunas reflexiones finales:
Reflexiones Finales
Cada tipo de motor tiene sus propias ventajas y limitaciones, y la elección entre ellos dependerá de factores como el tipo de aplicación, el coste, la eficiencia y las preferencias individuales. Los motores de gasolina son conocidos por su simplicidad y fiabilidad, los motores diésel ofrecen un rendimiento superior en términos de eficiencia y durabilidad, y los motores rotativos destacan por su diseño compacto y suave operación.
Si estás considerando un motor para un proyecto específico o simplemente te interesa el funcionamiento de los motores, te animamos a profundizar en el tema. ¡Investigar y entender estos principios puede llevarte a tomar decisiones más informadas y a apreciar la ingeniería detrás de estos impresionantes mecanismos!
Agradecimiento
Gracias por leer nuestro blog. Queremos reconocer que la información presentada en este artículo se ha obtenido de diversas fuentes especializadas en mecánica automotriz. Agradecemos a los expertos y recursos que han proporcionado los conocimientos que compartimos con ustedes hoy. Si tienes alguna pregunta o comentario sobre los motores que hemos cubierto, no dudes en dejarlos a continuación. Nos encantaría saber tu opinión y responder a cualquier duda que puedas tener.
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1 comentario en “motor de combustion interna”
Francisco
Genial estoy recien iniciando como estudiante me ha encantado como reuniste la informacion. Me gustaria aprender mas de los sistemas que se encuentran en el auto (como su fumcionamiento y caracteristicas
Genial estoy recien iniciando como estudiante me ha encantado como reuniste la informacion. Me gustaria aprender mas de los sistemas que se encuentran en el auto (como su fumcionamiento y caracteristicas