Motores y medio ambiente

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Ensayo sobre motores y su impacto en el medio ambiente,
acciones para no contaminar con nuestro automovil

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Motores y medio ambiente

  1. 1. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla DHTIC MOTORES Y MEDIO AMBIENTE MENDOZA RODRÍGUEZ ESDRAS 201319255 OTOÑO 2013 Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 1
  2. 2. Motores y medio ambiente Introducción: Desde que el hombre logró el funcionamiento del motor de combustión interna que representó un gran adelanto tecnológico que dio lugar a diversas transformaciones tanto industriales como económicas, hasta el perfeccionamiento de sus componentes y procesos con los que el ser humano ha obtenido diversas opciones de motorización; éste, también ha visto como el entorno que le rodea se ha visto alterado y en ocasiones amenazado y destruido por las acciones mismas que buscan mejorar la eficacia en desplazamiento y comodidad. Las generaciones pasadas no se caracterizaron por tener una conciencia ecológica marcada y traducida en acciones concretas, explotaron los recursos desmedidamente y ahora nosotros en el presente padecemos las consecuencias; sin embargo, esta generación ha tomado conciencia de la situación y ha unido fuerzas para rescatar su hogar, nuestro hogar: “La Tierra.” Desarrollo: Para comenzar daremos a conocer brevemente conceptos fundamentales sobre un motor, sus procesos internos, y componentes. Un motor en su definición más sencilla es una maquina que tiene por objeto, transformar la energía química producida por un material combustible en energía mecánica o trabajo útil, en este caso para desplazar un vehículo. Dentro de un motor se llevan a cabo procesos específicos para lograr la transformación de esta energía química, a este conjunto de procesos se les llama “ciclos operativos” y en los motores se conocen tres tipos de ciclos operativos: ciclo operativo de 2,4y 6 tiempos. El ciclo operativo es la sucesión de operaciones que el fluido activo ejecuta en el cilindro del motor con ley periódica. Su duración es medida por el número de carreras efectuadas por el pistón para realizarlo. Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 2
  3. 3. El ciclo operativo de 2 tiempos los cuales son: 1° Combustión y Escape, 2° Aspiración y Compresión. El ciclo operativo de 4 tiempos los cuales son: 1° Admisión de la carga o combustible en el cilindro, 2° Compresión de la carga, 3° Combustión y expansión, 4° Expulsión o escape de los productos de la combustión. En los motores de encendido por chispa, que generalmente utilizan gasolina, el combustible y el aire son introducidos al mismo tiempo dentro de la cámara de combustión, conectados a la que electrodos se que hallan son los encargados de producir una chispa con la que se inicie el proceso de combustión. Mientras que en los motores de encendido por compresión. Mientras que en los motores de encendido por compresión, el aire es introducido a la cámara de combustión mediante la válvula de aspiración y en segundo lugar es introducido el combustible (en estos motores normalmente es diesel) mediante un inyector especial. Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 3
  4. 4. Termodinámica (definiciones) Energía: en Física entendemos por energía la capacidad para realizar un trabajo. Podemos observar dos tipos principales de energía: Energía potencial que es aquella contenida en un cuerpo en reposo identificada como la capacidad para desplazarse o realizar un trabajo. Energía cinética que es aquella contenida en un objeto en movimiento o que está realizando un trabajo, también se le llama energía mecánica. Trabajo: el trabajo es energía mecánica de transición o de movimiento. Calor: el calor es la energía térmica de transición a través de las superficies de dos objetos cercanos entre sí. Combustibles Según el libro “Motores endotérmicos de Dante Giacosa”, los combustibles para los motores pueden clasificarse en sólidos, gaseosos y líquidos. “Los combustibles sólidos no tienen aplicación práctica porque las tentativas hechas para introducirlos pulverizados en los motores han puesto en evidencia graves inconvenientes funcionales tales como la corrosión y desgaste de los cilindros y el agotamiento de las válvulas a causa de las cenizas que no pueden ser totalmente eliminadas. Los combustibles gaseosos pueden ser naturales o bien obtenidos de la gasificación de los combustibles sólidos. Todos ellos tienen bajo poder calorífico. Presentan el inconveniente de requerir de fuertes depósitos para contenerlos, así como de gasógenos para producirlos. Los combustibles líquidos son la fuente de energía principal para los motores endotérmicos. Entre los más empleados se llevan la palma los derivados del petróleo como la gasolina, el diesel, el gasoil, el benzol, el keroseno y los alcoholes.” * * Dante Giacosa. Luis Montalbetti trad. Motore endotermici. Barcelona, Científico,2000,.Combustibles.p.85. Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 4
  5. 5. En ocasiones es difícil la producción de algunos combustibles líquidos y por ello se recurre al carbón mineral para su producción, siendo esta la segunda opción después del petróleo para la producción de energía aunque su utilización produce gran cantidad de emisiones contaminantes que es lo que debe preocuparnos pues en un intento por generar energía para nuestro aprovechamiento diario, estamos poniendo en riesgo la sustentabilidad del medio ambiente, cuyas consecuencias pueden ser peores que quedarnos sin el recurso mineral. De la conciencia que el ser humano adopte en puntos tan esenciales como este, dependerá el futuro y la calidad de vida de las próximas generaciones y de no haberla, el ser humano podría verse inclusive amenazado. Carburación De este proceso se encarga el carburador que tiene la función primordial de mezclar en las cantidades apropiadas el combustible y el aire de manera que estas cantidades satisfagan las especificaciones para el buen funcionamiento del motor. Cuando el pistón se halla en la parte inferior del cilindro, la presión disminuye, aspirando aire desde el purificador y fluye hacia el cilindro. Cuando este aire pasa a través del estrechamiento del carburador (venturi), la velocidad se eleva, y por el efecto Venturi aspira la gasolina desde la tobera principal. Esta gasolina aspirada es soplada y esparcida por el flujo de aire y es mezclada con el aire. Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 5
  6. 6. Distribución Se llama distribución al conjunto de piezas que regulan la entrada y salida de los gases en el cilindro. Los elementos que forman el sistema de distribución son: Engranaje de mando Árbol de levas, taqués y válvulas. Encendido Un sistema de encendido consta principalmente de la batería, cables de baja tensión, la bobina de encendido, el distribuidor, bobina, cable de alta tensión, cables de las bujías y bujías. El sistema de encendido provee chispas de alta intensidad a las bujías para encender las cargas de combustible combustión. Las en las chispas cámaras de deben ser suministradas a un tiempo apropiado, y deben tener suficiente energía, sobre un rango de condiciones para encender las cargas. La energía viene de la batería y alternador, y el voltaje es aumentado por la bobina de encendido. El sistema primario o de baja tensión inicia la chispa, el circuito secundario o de alta tensión produce el alto voltaje y lo distribuye a las bujías. Hay tres tipos generales de sistemas de encendido: Encendido del ruptor usa puntos de contacto del ruptor en el distribuido para inicia la chispa. Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 6
  7. 7. Encendido electrónico no necesita platino. Cuando una señal es recibida, el disparo ocurre a través de transistores en un modulo de encendido. Encendido directo, no tiene distribuidor y usa bobinas para suministrar alto voltaje directo a las bujías. Las primeras realizaciones han puesto de manifiesto la conveniencia de obtener el encendido por medio de una chispa eléctrica en lugar de recurrir a sistemas puramente térmicos, como llama de gas, rejillas de platino o tubos de porcelana incandescentes, procedimientos complicados y poco eficientes. Podemos ver como los sistemas de encendido han sido diversificados de acuerdo con las ventajas de los materiales y componentes. Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 7
  8. 8. Fichas técnicas Motor de gasolina Un motor de gasolina o de explosión es un tipo de motor de combustión interna que utiliza la explosión de un combustible, provocada mediante una chispa, para expandir un gas empujando así un pistón. El combustible se inyecta pulverizado y mezclado con el gas (aire u oxigeno) dentro de un cilindro. Una vez dentro del cilindro, la mezcla es comprimida por el pistón que se eleva hasta el punto muerto superior del cilindro y una vez alcanzada la máxima compresión se produce una chispa por una bujía que genera la explosión del combustible. Los gases producto de la combustión empujan el pistón de regreso al punto muerto inferior sucesivamente produciendo un movimiento lineal en el cilindro. Ya que el pistón se halla conectado a una biela y aun cigüeñal, el movimiento lineal sucesivo en convertido en movimiento giratorio. Motor a diesel Inventado en 1893 por el francés Rudolf Diesel. El motor diesel es un motor térmico que tiene combustión interno alternativa que se produce por el auto encendido del combustible debido a altas temperaturas derivadas de la compresión del aire en el interior del cilindro. Un motor diesel funciona mediante la ignición (encendido) del combustible al ser inyectado muy pulverizado y con alta presión en una cámara (o pre cámara) de combustión que contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de auto combustión, sin necesidad de chispa como en los motores de gasolina (una de las principales diferencias). Esta es la llamada auto inflamación. Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 8
  9. 9. El combustible es introducido mediante un inyector especial a gran presión atomizado y mezclado con el aire a alta temperatura (entre 700 y 900°C). Como resultado la mezcla se inflama muy rápidamente. Si bien la gasolina fue el primer combustible utilizado para los motores, han surgido nuevas alternativas de combustibles que además de tener mayor eficiencia y menor coste de producción, son menso contaminantes y permiten un mayor control de las emisiones, con lo que el ambiente resulta menos perjudicado. Motor eléctrico El motor eléctrico es aquel motor que transforma la energía eléctrica en Caja de interconexión energía mecánica, por medio de la repulsión que presenta un objeto metálico cargado eléctricamente ante Cargado r un imán permanente. Son maquinas Unidad eléctrica de poder eléctricas rotatorias. Uno o más motores eléctricos proporcionan la tracción a las ruedas Motor/Reductor de un automóvil. La utilización del motor eléctrico obedece a la necesidad de reducir prontamente la contaminación provocada por el constante uso de la quema de combustibles petróleos y que ha puesto en riesgo la sustentabilidad de la vida en el planeta. Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 9
  10. 10. El motor eléctrico del E-UP de Volkswagen “El automóvil con sistema de asientos 3+1 equipa un motor eléctrico con una potencia de 60 kW (potencia constante: 40 kW) y alcanza una velocidad máxima de 135 km/h. El motor frontal del automóvil de tracción delantera desarrolla un par máximo de 210 newtonmetros desde cero revoluciones. El conductor activa la marcha hacia adelante y hacia atrás pulsando un botón giratorio situado en la consola central. El E-Up! proporcionará indudablemente un gran placer de conducir, prueba de ello es el excelente valor de aceleración de 0 a 100 km/h en tan sólo 11,3 segundos. Pero el EUp! es capaz de aumentar aún más su agilidad acelerando en ciudad de 0 a 50 km/h en 3,5 segundos. Esta excelente dinámica se debe, por un lado, al genial par de giro del motor eléctrico y, por otro lado, al ligero peso total del E-Up! de sólo 1.085 kilos. Batería de ión-litio: el reducido peso del estudio es aún más sorprendente si se tiene en cuenta que sólo la batería de ión-litio pesa 240 kilos. Dependiendo del modo de conducción, la capacidad de la batería de 18 kilovatios/hora (kWh) puede ofrecer una autonomía de hasta 130 kilómetros – distancia suficiente para desplazarse a la mayoría de los trabajos y circular por la ciudad. El E-Up! podrá ser “repostado” en el garaje de casa, en el aparcamiento o en uno de los surtidores de recarga mediante una tarjeta chip. Dependiendo de la infraestructura de surtidores de recarga y del estado de carga actual, la batería puede recargar en poco más de una hora hasta un 80 % de su capacidad total. Si se recarga la batería en casa, por ejemplo, en el enchufe del garaje de 230 voltios, la carga durará como máximo cinco horas. En general, las baterías se recargarán en su mayoría al término de la jornada aprovechando así la económica tarifa eléctrica nocturna. Los gastos del E-Up! cada 100 kilómetros son de tan sólo 2 euros (aprox. 14 céntimos / kWh).” Unidad Editorial. Motor. Coches. E-uP Volkswagen El mundo motor. 2013.Madrid,España Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 10
  11. 11. Turbo inyección Turbo inyección directa es un tipo de motor con cámara de combustión en la cabeza del pistón dotado de turbo. El concepto de inyección directa se remonta al mismo origen del motor diésel. Su mayor ventaja es que existe menor pérdida de energía al ser la cámara de combustión más reducida, lo que minimiza la perdida de calor hacia las paredes del cilindro o hacia las de la cámara de combustión como sucede en los modelos con precámara. Esto se traduce en un mayor y mejor rendimiento (el calor que se pierde es energía perdida), lo que repercute en el consumo, y en un mejor arranque en frío. Turbo denomina el sistema de sobrealimentación que monta una turbina en el escape, la cual gira al incidir sobre ella los gases de escape, y en la admisión un compresor unidos por un eje, el cual que se encarga de forzar la entrada de aire en los cilindros. En estos momentos diversas marcas están usando inyectores piezo-eléctricos que son unas 10 veces más rápidos de respuesta que los actuales, lo que hace que dentro de cada ciclo de explosión se produzcan varias inyecciones de pequeñas cantidades de combustible aumentando la suavidad de funcionamiento y reduce aun más el consumo. El número de inyecciones por ciclo con este tipo de inyectores puede alcanzar el número de cinco, aunque la mayoría de los fabricantes solo realizan tres de momento. Motor de reacción Un motor de reacción, es un tipo de motor que descarga un chorro de fluido a gran velocidad para generar un empuje. El aire es aprovechado para producir una combustión que genera un chorro de gases para propósitos de propulsión. Las partes principales de un motor de reacción son: Entrada o toma de aire. Compresor o ventilador. Eje: Cámara de combustión Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 11
  12. 12. Turbina. Tobera o salida. Tobera supersónica. Sin embargo, este tipo de motores son muy ruidosos aunque generalmente son utilizados por aviones comerciales y de combate. Pero existe un nivel de contaminación acústica. Turbina Es una máquina de fluido, a través de la cual pasa un fluido en forma continua y éste le entrega su energía a través de un rodete con paletas o álabes. Es un motor rotativo que convierte en energía mecánica la energía de una corriente de agua, vapor de agua o gas. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar. Esta energía mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el movimiento de una máquina, un compresor, un generador eléctrico o una hélice. Una turbina consta de una o dos ruedas con paletas, denominadas rotor y estator, siendo la primera la que, impulsada por el fluido, arrastra el eje en el que se obtiene el movimiento de rotación. Turbofán Es un motor a reacción caracterizado por disponer de un ventilador o fan en la parte frontal del motor, el aire entrante se divide en dos caminos: flujo de aire primario y flujo secundario o flujo derivado. El flujo primario penetra al núcleo del motor (compresores y turbinas) y el flujo secundario se deriva a un conducto anular exterior y concéntrico con el núcleo. Las partes principales son: Ventilador, Compresor, Cámara de combustión, Turbina, Escape y Conducto del flujo secundario. Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 12
  13. 13. Los turbofanes tienen varias ventajas respecto a los turborreactores: consumen menos combustible, lo que los hace más económicos, producen menor contaminación y reducen el ruido ambiental. Suele interesar mantener índices de derivación altos ya que disminuyen el ruido, la contaminación, el consumo específico de combustible y aumentan el rendimiento. Asi el ambiente no se ve perjudicado. Motor a gas 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. Existe también una tercera posibilidad, consistente en no transformar los motores Diesel a Otto. El sistema se fundamenta en continuar alimentando el motor con gasóleo, pero interrumpiéndola durante un cierto tiempo, durante el cual se inyecta gas natural al motor. Este sistema tiene muchas dificultades en su aplicación práctica y no es utilizado masivamente. Una de sus principales dificultades está en el almacenaje, ya que estamos hablando de un líquido altamente inflamable; pero con el paso de los años, la seguridad de este sistema ha alcanzado tal nivel, que es tan seguro como un motor de gasolina. Es por ello, que se utiliza al GLP como una opción de apoyo al motor gasolinero, con lo que muchos motores tienen ambos sistemas. Con esto, los fabricantes recomiendan usar la versión GLP para encender el motor y a bajas revoluciones para luego cambiar automáticamente a la opción gasolina. A la larga representa un menor consumo y una mejor conservación del medio ambiente sin mayor pérdida de performance. Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 13
  14. 14. Medio ambiente La energía mecánica necesaria para lograr el funcionamiento de las diversas maquinas se obtiene utilizando energía térmica, hidráulica, solar y eólica. Sin embargo la mas utilizada ha sido la energía térmica producida por la combustión de los derivados del petróleo, utilizados en los equipos de propulsión mas aceptados que son los Motores de Combustion Interna (MCI). La creciente utilización de estos sistema ha generado un impacto en el ambiente lo que ha originado una gran cantidad de sustancias toxicas en el aire, los llamados “gases de invernadero” y contaminación acústica. Las discusiones internacionales acerca de las causas e implicaciones para la humanidad del llamado "efecto invernadero", provocado por las crecientes emisiones a la atmósfera de gases tales como: CO2, metano, óxido nitroso y los cloro-flurocarbonatos, reflejan la necesidad de un enfoque integral en el tratamiento de los problemas ambientales y del desarrollo, así como la necesidad de una acción concertada de la comunidad internacional para mitigar los efectos del calentamiento global. Formas de acción del motor de combustión interna sobre el medio ambiente. Las formas más importantes de acción del motor sobre el medio ambiente son: Agotamiento de materias primas no renovables consumidas durante el funcionamiento de los MCI. Consumo de oxígeno contiene que el aire atmosférico. Emisión y contaminación de la atmósfera con gases tóxicos que perjudican al hombre, la flora y la fauna. Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 14
  15. 15. Emisión de sustancias que provocan el llamado efecto invernadero contribuyendo a la elevación de la temperatura de nuestro planeta. Consumo de agua potable. Emisión de altos niveles de ruido a la atmósfera que disminuye el rendimiento de los trabajadores y ocasiona molestias en sentido general. Toda la ingeniería aplicada al perfeccionamiento de los procesos y componentes de los motores, también debe ser utilizada para cuidar al medio ambiente que se ha visto amenazado, en el esfuerzo por brindarnos eficiencia y comodidad. Es por ello que en los últimos años han una serie de acciones con vistas a contribuir al cuidado del medio ambiente tales como : Realizar una verificación periódica a nuestro automóvil instalar tubos de escape y filtros especiales al motor para filtrado de los gases de la combustión. El uso de automóviles eléctricos. Uso de combustibles alternativos menos contamiantes y mas eficientes tales como: Etanol Diesel A lo largo del tiempo se han escrito muchos discursos sobre la necesidad de cuidar nuestro medio ambiente, pero la verdad es que si no observamos nuestra realidad inmediata como (el retraso de las lluvias en nuestro estado, las temperaturas cálidas y frías cada vez más extremas; los huracanes cada vez más destructivos); sin estar esperando las estadísticas futuras, entonces llegara el momento en el que no podremos hacer nada y todo el progreso logrado con las transformaciones tecnológicas nos cobrará un precio aun mayor y que no podremos pagar, mismo que pondrá en riesgo nuestra propia supervivencia. “No dejemos para mañana lo que podamos hacer hoy”. Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 15
  16. 16. Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 16

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