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Tipos de motores

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  • 1. 1
  • 2. BENEMÉRITA UNIVERSITAD AUTÓNOMA DE PUEBLAASIGNATURA: DESARROLLO DE HABILIDADES DE LA TECNOLOGÍA, LA INFORMACIÓN Y LA COMUNICACIÓNCATEDRÁTICO: JUAN CARLOS CARMONA RENDÓNTEMA: TIPOS DE MOTORESALUMNO: CÉSAR ANDRÉS HERNÁNDEZ FACIO 2
  • 3. INDICÉ BBibliografías ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 18 CCONCLUSIÓN -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 17 IINTRODUCCIÓN ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 MMotor Hibrido -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 15Motores de colector ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 8MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA -------------------------------------------------------------------------------------------------9Motores de corriente alterna ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------7Motores de Corriente Continúa --------------------------------------------------------------------------------------------------------------6Motores de inducción ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7Motores diesel ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12MOTORES ELÉCTRICOS -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5Motores sincrónicos ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 8 TTipos de motores--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11 3
  • 4. INTRODUCCIÓNDía a día presenciamos diferentes tipos de máquinas en movimiento que nosfacilitan la vida, pero ¿alguna vez nos hemos preguntado cómo funcionan? Lamayoría de la gente lo ve tan simple como ponerle combustible a una máquinapara que haga su trabajo o conectarlos a la corriente, pero en realidad no es soloeso, para que sea posible la realización de un trabajo por parte de una máquinaintervienen un sin número de piezas y partes actuando en conjunto y que seencuentran al interior de este.Pero ¿Qué es un Motor?Bueno un motor es la parte de una máquina capaz de transformar algún tipo deenergía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz derealizar un trabajo. Como por ejemplo en los motores de los automóviles quetransforman la gasolina en movimiento.Existen diversos tipos, siendo de los más comunes los siguientes:Motores térmicos, cuando el trabajo se obtiene a partir de energía calórica.Motores de combustión interna, son motores térmicos en los cuales se produceuna combustión del fluido del motor, transformando su energía química en energíatérmica, a partir de la cual se obtiene energía mecánica. El fluido motor antes deiniciar la combustión es una mezcla de un comburente (como el aire) yun combustible.Motores de combustión externa, son motores térmicos en los cuales se produceuna combustión en un fluido distinto al fluido motor. El fluido motor alcanza unestado térmico de mayor fuerza posible de llevar es mediante la transmisión deenergía a través de una pared.Motores eléctricos, cuando el trabajo se obtiene a partir de una corriente eléctrica.En el siguiente informe mostraremos diferentes tipos de motores, centrándonosprincipalmente en los motores eléctricos y de combustión interna. 4
  • 5. MOTORES ELÉCTRICOSUn motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energíaeléctrica en energía mecánica por medio de campos electromagnéticos variables.Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energíamecánica en energía eléctrica funcionando como generadores.Son muy utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares.Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías.En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores decombustión: A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos. Se pueden 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 75%, aumentando a medida que se incrementa la potencia de la máquina). Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de energía eléctrica de la mayoría de las redes de suministro sí emiten contaminantes.Los motores eléctricos se utilizan en la gran mayoría de las máquinas modernas.Su reducido tamaño permite introducir motores potentes en máquinas de pequeñotamaño, por ejemplo taladros o batidoras.El motor serie o motor de excitación en serie, es un tipo de motoreléctrico de corriente continua en el cual el inducido y el devanado inductor o deexcitación van conectados en serie. Por lo tanto, la corriente de excitación o delinductor es también la corriente del inducido absorbida por el motor.Las principales características de este motor son:- Se embala cuando funciona en vacío, debido a que la velocidad de un motor decorriente continua aumenta al disminuir el flujo inductor y, en el motor serie, este 5
  • 6. disminuye al aumentar la velocidad, puesto que la intensidad en el inductor es lamisma que en el inducido.- La potencia es casi constante a cualquier velocidad.- Le afectan poco la variaciones bruscas de la tensión de alimentación, ya que unaumento de esta provoca un aumento de la intensidad y, por lo tanto, del flujo y dela fuerza contra electromotriz, estabilizándose la intensidad absorbida.Motores de Corriente ContinúaLa conversión de energía en un motor eléctrico se debe a la interacción entre unacorriente eléctrica y un campo magnético. Un campo magnético, que se formaentre los dos polos Opuestos de un imán, es una región donde se ejerce unafuerza sobre determinados metales o sobre otros campos magnéticos. Un motoreléctrico aprovecha este tipo de fuerza para hacer girar un eje, transformándoseasí la energía eléctrica en movimiento mecánico.Los dos componentes básicos de todo motor eléctrico son el rotor y el estator. Elrotor es una pieza giratoria, un electroimán móvil, con varios salientes laterales,que llevan cada uno a su alrededor un bobinado por el que pasa la corrienteeléctrica. El estator, situado alrededor del rotor, es un electroimán fijo, cubierto conun aislante. Al igual que el rotor, dispone de una serie de salientes con bobinadoseléctricos por los que circula la corriente.Cuando se introduce una espira de hilo de cobre en un campo magnético y seconecta a una batería, la corriente pasa en un sentido por uno de sus lados y ensentido contrario por el lado opuesto. Así, sobre los dos lados de la espira seejerce una fuerza, en uno de ellos hacia arriba y en el otro hacia abajo. Sí la espirade hilo va montada sobre el eje metálico, empieza a dar vueltas hasta alcanzar laposición vertical. Entonces, en esta posición, cada uno de los hilos se encuentrasituado en el medio entre los dos polos, y la espira queda retenida. 6
  • 7. Para que la espira siga girando después de alcanzar la posición vertical, esnecesario invertir el sentido de circulación de ¡a corriente. Para conseguirlo, seemplea un conmutador o colector, que en el motor eléctrico más simple, el motorde corriente continua, está formado por dos chapas de metal con forma de medialuna, que se sitúan sin tocarse, como las dos mitades de un anillo, y que sedenominan delgas. Los dos extremos de la espira se conectan a ¡as dos mediaslunas. Dos conexiones fijas, unidas al bastidor del motor y llamadas escobillas,hacen contacto con cada una de las delgas del colector, de forma que, al girar laarmadura, las escobillas contactan primero con una delga y después con la otra.Cuando la corriente eléctrica pasa por el circuito, la armadura empieza a girar y ¡arotación dura hasta que la espira alcanza la posición vertical. Al girar las delgasdel colector con la espira, cada media vuelta se invierte el sentido de circulaciónde la corriente eléctrica. Esto quiere decir que la parte de la espira que hasta esemomento recibía la fuerza hacia arriba, ahora la recibe hacia abajo, y la otra parteal contrario. De esta manera la espira realiza otra media vuelta y el proceso serepite mientras gira la armadura.El esquema descrito corresponde a un motor de corriente continua, el más simpledentro de los motores eléctricos, pero que reúne ¡os principios fundamentales deeste tipo de motores.Motores de corriente alternaLos motores de corriente alterna tienen una estructura similar, con pequeñasvariaciones en la fabricación de ¡os bobinados y del conmutador del rotor. Segúnsu sistema de funcionamiento, se clasifican en motores de inducción, motoressincrónicos y motores de colector.Motores de inducciónEl motor de inducción no necesita escobillas ni colector. Su armadura es de placasde metal magnetizable. El sentido alterno de circulación, de la corriente en las 7
  • 8. espiras del estator genera un campo magnético giratorio que arrastra las placas demetal magnetizable, y las hace girar. El motor de inducción es el motor decorriente alterna más utilizado, debido a su fortaleza y sencillez de construcción,buen rendimiento y bajo coste así como a la ausencia de colector y al hecho deque sus características de funcionamiento se adaptan bien a una marcha avelocidad constante.Motores sincrónicosLos motores sincrónicos funcionan a una velocidad sincrónica fija proporcional a lafrecuencia de la corriente alterna aplicada. Su construcción es semejante a la delos alternadores Cuando un motor sincrónico funciona a potencia Constante ysobreexcitado, la corriente absorbida por éste presenta, respecto a la tensiónaplicada un ángulo de desfase en avance que aumenta con la corriente deexcitación Esta propiedad es la que ha mantenido la utilización del motorsincrónico en el campo industrial, pese a ser el motor de inducción más simple,más económico y de cómodo arranque, ya que con un motor sincrónic0 se puedecompensar un bajo factor de potencia en la instalación al suministrar aquél lacorriente reactiva, de igual manera que un Condensador conectado a la red.Motores de colectorEl problema de la regulación de la velocidad en los motores de corriente alterna yla mejora del factor de potencia han sido resueltos de manera adecuada con losmotores de corriente alterna de colector. Según el número de fases de lascomentes alternas para los que están concebidos los motores de colector seclasifican en monofásicos y Polifásicos, siendo los primeros los más Utilizados Losmotores monofásicos de colector más Utilizados son los motores serie y losmotores de repulsión 8
  • 9. MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNAUn motor de combustión interna, motor a explosión o motor a pistón, es un tipo demáquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de uncombustible que arde dentro de una cámara de combustión.ClasificaciónSegún la forma de provocar la Ignición o encendido de la mezcla  Mediante encendido provocado: Son los de ciclo Otto o de gasolina : El motor de explosión ciclo Otto, cuyo nombre proviene del técnico alemán que lo desarrolló, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina aunque también se lo conoce como motor de ciclo Beau de Rochas debido al inventor francés que lo patentó en 1862.  Mediante encendido por compresión: Son los de ciclo Diesel: El motor diésel, llamado así en honor del ingeniero alemán nacido en Francia Rudolf Diesel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasóleo.Según la forma de hacer la renovación de la carga Ciclo de cuatro tiempos, o 4T en los que el ciclo de trabajo se completa en cuatro carreras del émbolo y dos vueltas del cigüeñal. En estos motores, la renovación de la carga se controla mediante la apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape. Ciclo de dos tiempos, o 2T el ciclo de trabajo se completa en dos carreras del émbolo y una vuelta del cigüeñal. La renovación de la carga se logra por barrido, al desplazar la nueva mezcla los gases de la combustión previa, sin la necesidad de válvulas, (en los diesel lleva de escape) ya que es ahora el propio émbolo el que con su movimiento descubre las lumbreras de admisión y escape (sólo ciclo Otto) regulando el proceso. 9
  • 10. AplicacionesLas diferentes variantes de los dos ciclos tanto en diesel como en gasolina, tienencada uno su ámbito de aplicación. 2T gasolina: tuvo gran aplicación en las motocicletas, motores de ultraligeros (ULM) y motores marinos fuera-borda hasta una cierta cilindrada, habiendo perdido mucho terreno en este campo por las normas anticontaminación. Además de, en las cilindradas mínimas de ciclomotores y scooters (50 cc), sólo motores muy pequeños como moto sierras y pequeños grupos electrógenos siguen llevándolo. 4T gasolina: domina en las aplicaciones en motocicletas de todas las cilindradas, automóviles, aviación deportiva y fuera borda. 2T diesel: domina en las aplicaciones navales de gran potencia, hasta 100000 CV hoy día, tracción ferroviaria. En su día se usó en aviación con cierto éxito. 4T diesel: domina en el transporte terrestre, automóviles, aplicaciones navales hasta una cierta potencia.Los motores Otto y los diesel tienen los mismos elementos principales,(bloque, cigüeñal, biela, pistón, culata, válvulas) y otros específicos de cada uno,como la bomba inyectora de alta presión en los diesel, o antiguamenteel carburador en los Otto.En los 4T es muy frecuente designarlos mediante su tipo dedistribución: SV, OHV, SOHC, DOHC. Es una referencia a la disposición del (olos) árbol de levas.Ventajas e InconvenientesLas principales ventajas de estos motores, que han motivado su gran desarrolloson: El uso de combustibles líquidos, de gran poder calorífico, lo que proporciona elevadas potencias y amplia autonomía. Estos combustibles son principalmente la gasolina en los motores Otto y el gasóleo o diesel en los 10
  • 11. motores diesel aunque también se usan combustibles gaseosos como el hidrógeno molecular, el metano o el propano. Rendimientos aceptables, aunque raramente sobrepasan el 50% (téngase en cuenta que rendimientos del 100% son imposibles, ver ciclo de Carnot). Amplio campo de potencias, desde 0,1 Kw hasta más de 30 MW lo que permite su empleo en la alimentación de máquinas manuales pequeñas así como grandes motores marinos.Sin embargo, estos motores no están exentos de inconvenientes, entre los quecabe señalar: Combustible empleado. Estos motores están alimentados en su mayoría (aunque existen desarrollos alternativos) por gasolina o diesel, dos derivados del petróleo que como sabemos es un recurso no renovable, además de sufrir su precio fluctuaciones de consideración. Contaminación. Los gases de la combustión de estos motores son los principales responsables de la contaminación en las ciudades (junto con las calefacciones de combustibles fósiles), lo que da lugar a episodios agudos de contaminación local como el smog fotoquímico y contribuye de forma importante en fenómenos globales como el efecto invernadero y consecuente cambio climático.En algunas aplicaciones, el motor alternativo se ha sustituido con éxito poruna turbina, y se han comercializado ya automóviles eléctricos, si bien, conautonomía limitada debido al peso de las baterías y solares. El principal hándicapde estos dos últimos sistemas es que las prestaciones del vehículo sonnotablemente inferiores a las proporcionadas por un motor de combustión internaalternativo, por lo que su demanda es muy reducida.Tipos de motores 11
  • 12. Motor convencional del tipo OttoEl motor convencional del tipo Otto es de cuatro tiempos (4T), aunque en fueraborda y vehículos de dos ruedas hasta una cierta cilindrada se utilizó muchoel motor de dos tiempos (2T). El rendimiento térmico de los motores Ottomodernos se ve limitado por varios factores, entre otros la pérdida de energía porla fricción y la refrigeración.La termodinámica nos dice que el rendimiento de un motor alternativo depende enprimera aproximación del grado de compresión. Esta relación suele ser de 8 a 1 o10 a 1 en la mayoría de los motores Otto modernos. Se pueden utilizarproporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando así la eficiencia del motor,pero este diseño requiere la utilización de combustibles de alto índice deoctano para evitar el fenómeno de la detonación, que puede producir gravesdaños en el motor. La eficiencia o rendimiento medio de un buen motor Otto es deun 20 a un 25%: sólo la cuarta parte de la energía calorífica se transforma enenergía mecánica.Funcionamiento1. Tiempo de admisión - El aire y el combustible mezclados entran por la válvulade admisión.2. Tiempo de compresión - La mezcla aire/combustible es comprimida y encendidamediante la bujía.3. Tiempo de combustión - El combustible se inflama y el pistón es empujadohacia abajo.4. Tiempo de escape - Los gases de escape se conducen hacia fuera a través dela válvula de escape.Motores diesel 12
  • 13. En teoría, el ciclo diesel difiere del ciclo Otto en que la combustión tiene lugar eneste último a volumen constante en lugar de producirse a una presión constante.La mayoría de los motores diesel son asimismo de los ciclos de cuatro tiempos,salvo los de tamaño muy grande, ferroviarios o marinos, que son de dos tiempos.Las fases son diferentes de las de los motores de gasolina.En la primera carrera, la de admisión, el pistón sale hacia fuera, y se absorbe airehacia la cámara de combustión. En la segunda carrera, la fase de compresión, enque el pistón se acerca. El aire se comprime a una parte de su volumen original, locual hace que suba su temperatura hasta unos 850 °C. Al final de la fase decompresión se inyecta el combustible a gran presión mediante la inyección decombustible con lo que se atomiza dentro de la cámara de combustión,produciéndose la inflamación a causa de la alta temperatura del aire. En la tercerafase, la fase de trabajo, los gases producto de la combustión empujan el pistónhacia fuera, trasmitiendo la fuerza longitudinal al cigüeñal a través de la biela,transformándose en fuerza de giro par motor. La cuarta fase es, al igual que en losmotores Otto, la fase de escape, cuando vuelve el pistón hacia dentro.Algunos motores diesel utilizan un sistema auxiliar de ignición para encender elcombustible al arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura adecuada.La eficiencia o rendimiento (proporción de la energía del combustible que setransforma en trabajo y no se pierde como calor) de los motores diesel dependen,de los mismos factores que los motores Otto, es decir de las presiones (y por tantode las temperaturas) inicial y final de la fase de compresión. Por lo tanto es mayorque en los motores de gasolina, llegando a superar el 40%. En los grandesmotores de dos tiempos de propulsión naval. Este valor se logra con un grado decompresión de 20 a 1 aproximadamente, contra 9 a 1 en los Otto’s. Por ello esnecesaria una mayor robustez, y los motores diesel son, por lo general, máspesados que los motores Otto. Esta desventaja se compensa con el mayorrendimiento y el hecho de utilizar combustibles más baratos.Los motores diesel grandes de 2T suelen ser motores lentos con velocidades decigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min) (grandes barcos), 13
  • 14. mientras que los motores de 4T trabajan hasta 2.500 rpm (camiones y autobuses)y 5.000 rpm. (Automóviles). 14
  • 15. Motor HibridoUn vehículo híbrido es un vehículo de propulsión alternativa combinando un motormovido por energía eléctrica proveniente de baterías y un motor de combustióninterna. Los modelos más recientes y usados se fundan en patentes delingeniero Víctor Wouk, llamado el "Padre del coche híbrido".A nivel mundial en 2009 ya circulaban más de 2,5 millones de vehículos híbridoseléctricos livianos, liderados por Estados Unidos con 1,6 millones,1 seguidopor Japón (más de 640 mil) y Europa(más de 235 mil). A nivel mundial los modeloshíbridos fabricados por Toyota Motor Corporation sobrepasaron la marca históricade 2 millones de vehículos vendidos en agosto de 2009, que es seguida por HondaMotor Co. Ltd. con más de 300 mil híbridos vendidos hasta enero de 2009, y FordMotor Corporation, con más de 122 mil híbridos vendidos hasta finales de 2009.Una de las grandes ventajas de los híbridos es que permiten aprovechar un 30%de la energía que generan, mientras que un vehículo convencional de gasolina tansólo utiliza un 19%. Esta mejora de la eficiencia se consigue mediantelas baterías, que almacenan energía que en los sistemas convencionales depropulsión se pierde, como la energía cinética, que se escapa en forma de calor alfrenar. Muchos sistemas híbridos permiten recoger y reutilizar esta energíaconvirtiéndola en energía eléctrica gracias a los llamados frenos regenerativos. Elmotor híbrido junto con el diesel o gasolina son una importante opción a tener encuenta a la hora de comprar un coche. La eficiencia consiste en que duran más,son más limpios o, al menos, menos sucios.La combinación de un motor de combustión operando siempre a su máximaeficiencia, y la recuperación de energía del frenado (útil especialmente en lostramos cortos), hace que estos vehículos alcancen un mejor rendimiento que losvehículos convencionales o de determinada época, especialmente en carreterasmuy transitadas, donde se concentra la mayor parte del tráfico, de forma que sereducen significativamente tanto el consumo de combustible como las emisionescontaminantes. Todos los vehículos eléctricos utilizan baterías cargadas por una 15
  • 16. fuente externa, lo que les ocasiona problemas de autonomía de funcionamientosin recargarlas.Componentes Un motor térmico MT, en un extremo del grupo moto propulsor Un motor eléctrico MG1 situado a continuación de MT Un motor eléctrico MG2 en el extremo opuesto a MT Un mecanismo de tracción basado en un tren epicicloide y una cadena de arrastre situado entre MG1 y MG2Funcionamiento MG1 carga la batería de alto voltaje y pone en marcha al motor térmico MT MG2 es el que arrastra el vehículo en todas las circunstancias, bien solo o bien cooperando con MT, y hace la función de generador durante la frenada. Su alimentación es alterna trifásica. Transmite su par a la corona del tren epicicloide, la cual es solidaria con el piñón de arrastre de la cadena. 16
  • 17. CONCLUSIÓNAhora que conocemos los principales tipos de motores podemos decir que cadauno tiene un motivo específico y que se desarrollan adecuadamente en cada unode sus campos; pero aun así no son tan eficientes como quisiéramos aun que losmotores eléctricos son una buena opción para cualquier trabajo.Ahora debemos pasar a la siguiente etapa no solo hablar de motores eléctricos ode combustión, sino hablar de motores híbridos que aprovechan las mejores cosasde los haciendo de estos unos de los eficientes que existen hasta ahora.Pero aun así no es suficiente debemos empezar a desarrollar mas este tipo detecnología; perder el miedo a experimentar con estos motores y porque no tratarde mejorarlos.Que comience ahora la generación de los motores híbridos, la generación quecuide al medio ambiente y la generación que vea a corto y largo plazo los efectosde los motores que utilizan para realizar sus trabajos.Exhorto a mis compañeros a que empiecen a estudiar estos tipos de motoresporque sin duda alguna serán estos los que gobiernen las siguientes décadas.Los que nos diga el medio ambiente hoy será esencial mañana. 17
  • 18. Bibliografías Edward Cowern. Artículos técnicos de Cowern. EUA, Baldor, 2001, pp. 5-10 Nieves Hurtado. Motores Eléctricos. EUA, McGraw-Hill, 2002, pp 289-299 (Unidad 11) Dani R. P. (2008). Motores Industriales (Parte I)Algunas páginas web http://coriolisblog.wordpress.com/2008/12/01/motores-industriales-parte-i/ http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448173104.pdf http://www.imosur.com.mx/files/Articulos%20Tecnicos%20de%20Cowern.p df 18

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