Ensayo Tipos de Motores

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Ensayo Tipos de Motores

  1. 1. Introducción.El avance tecnológico en las ultimas décadas en lo que se refiere a la mecánica yen particular al desarrollo de los motores han empezado a generar nuevasopciones para continuar utilizando esta herramienta sin ocasionar un impactoambiental tan marcado como el que hasta en este momento se sigue ocasionandopor la emisión de gases altamente contaminantes.Esta investigación tiene por objetivo mostrar en primer lugar el funcionamiento decualquier motor de combustión, el proceso de su invención, así como también lasnuevas alternativas ecológicas que se están planteando con el fin de reducir lasemisiones contaminantes, son esto se pretende dar a conocer que la tecnologíaen la actualidad debe de ir de la mano con el mejoramiento de la calidad ambientallo que provoca por consiguiente una mejor calidad de vida. (Historia de los motores)Los motores hidráulicos son los más antiguos conocidos (Herón de Alejandría, S. Ia. J.C.), utilizaban como fuerza motriz la energía de una masa de agua que caedesde cierta altura, llamada salto. Esta energía se transforma en trabajo útildisponible 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.Cronología del motor:Alrededor del 600 d. De J.C. aparecen los molinos de viento, que convierten laenergía del viento en movimiento de máquinas.En 1712 el inventor inglés Thomas Newcomen (1663-1729) construye unamáquina de vapor con pistones y cilindros que resulta muy eficiente,
  2. 2. - En 1770 el militar francés Nicolás-Joseph Cugnot (1725-1804) consigue amoldarsu motor a vapor a su carreta.-1782. El ingeniero escocés James Watt (1736-1819) construye una máquina avapor mucho más eficiente que la máquina de Newcomen.- El ingeniero franco-belga Etienne Lenoir (1822-1900) construye en 1859 unmotor de combustión interna.- El alemán Nikolaus Otto (1832-1892) construye un motor de 4 tiempos en 1877.- Germán W. Daimler construye en 1883 un motor de combustión interna muyveloz.- El ingeniero inglés Charles Parsons (1854-1931) diseña el primer generadorelectrónico de turbina a vapor.- 1892. El alemán Rudolf Diesel inventa un motor (llamado motor dieselposteriormente) que funciona con un combustible que se prende a gran presión.En la práctica el motor resulta ser mucho más eficiente que los motores decombustión interna existentes en aquel momento.- 1903. Los hermanos Orville (1871-1948) y Wilbur (1867-1912) realizan el primervuelo con motor con su Kitty Hawk que usa un motor de combustión interna.- El ingeniero británico Frank Whittle (1907) construye en 1937 el primer motor areacción que funciona.- Hans von Ohain, ingeniero alemán, construye y pilota el Heinkel He 178, primeravión con motor a reacción. En 1939.- 1970.Se utiliza el motor a reacción con turboventilador, el más frecuente hoy endía en los aviones, sustituyendo a los antiguos motores 4 tiempos con hélices.1.1 - Clases de motores:
  3. 3. Existe una gran variedad de motores distintos, con una finalidad distinta, para untipo específico de vehículo, para un determinado uso, unos más caros, másecológicos, etc.Estos son los más importantes:- Combustión interna: Motor en que la energía suministrada por un combustiblees transformada directamente en energía mecánica.- Explosión: transforma la energía obtenida por combustión de una mezclagaseosa carburada, proveniente del carburador, en energía mecánica utilizadapara propulsar un émbolo que actúa sobre una biela la cual mueve el cigüeñal y através de transmisiones provoca el movimiento de las ruedas.- De reacción o cohete: La acción mecánica se realiza mediante la expulsión deun flujo gaseoso a gran velocidad, que crea una gran cantidad de movimiento alser expulsada por la parte posterior a una velocidad muy elevada.- Eléctrico: Se dividen en tres categorías fundamentales: Asíncronos, Síncronos,y de colector. Los dos primeros funcionan solo con corriente alterna, monofásica,trifásica o polifásica, mientras que el tercer tipo se utiliza tanto con corrientealterna como continua.- Térmico: Transforma la energía térmica en energía mecánica.- Stirling: que obtiene potencia mecánica de la expansión de un gas encerrado aalta temperatura.- Diesel: motor que aspira aire puro, sin mezcla de combustible. En el tiempo decompresión, el aire se comprime, con lo que alcanza una temperaturaextraordinariamente alta.
  4. 4. - De arranque: Motor eléctrico adicional utilizado para efectuar la puesta enmarcha del motor de explosión, mediante un sistema de acoplamiento deengranajes.- Émbolo rotativo: trabaja con un ciclo de 4 tiempos que realiza en una rotaciónde émbolos, el cual presenta un perfil triangular de lados curvos, en una cavidadcon forma de elipse.- De émbolos libres: Tiene dos émbolos desprovistos de biela y que se muevenen un mismo cilindro, uno frente a otro, con movimientos alternativos opuestos,teniendo lugar la inyección de combustible en la parte central.- De pólvora: Máquina en la que se prendía una carga de pólvora en el interior deun cilindro, para poder impulsar el pistón.- Vapor: El vapor penetra por un cilindro, por debajo de un émbolo, y se condensacon un chorro de agua fría. Este proceso genera un vacío parcial, y la presiónatmosférica que actúa por encima del émbolo lo hace bajar.- Hidráulico: utiliza como fuerza motriz la energía de una masa de agua que caedesde cierta altura llamada salto.- Eólico: Utiliza el empuje del viento con ayuda de máquinas llamadasaeromotores.
  5. 5. Funcionamiento de los Primeros Motores.2.1 Mecanismo de un motor de combustión interna.Un motor de combustión interna basa su funcionamiento, como su nombre loindica, en el quemado de una mezcla comprimida de aire y combustible dentro deuna cámara cerrada o cilindro, con el fin de incrementar la presión y generar consuficiente potencia el movimiento lineal alternativo del pistón..
  6. 6. Este movimiento es transmitido por medio de la biela al eje principal del motor ocigüeñal, donde se convierte en movimiento rotativo, el cual se transmite a losmecanismos de transmisión de potencia (caja de velocidades, ejes, diferencial,etc.) y finalmente a las ruedas, con la potencia necesaria para desplazar elvehículo a la velocidad deseada y con la carga que se necesite transportar.Mediante el proceso de la combustión desarrollado en el cilindro, la energíaquímica contenida en el combustible es transformada primero en energíacalorífica, parte de la cual se transforma en energía cinética (movimiento), la que asu vez se convierte en trabajo útil aplicable a las ruedas propulsoras; la otra partese disipa en el sistema de refrigeración y el sistema de escape, en elaccionamiento de accesorios y en perdidas por fricción.En este tipo de motor es preciso preparar la mezcla de aire y combustibleconvenientemente dosificada, lo cual se realizaba antes en el carburador y en laactualidad con los inyectores en los sistemas con control electrónico. Después deintroducir la mezcla en el cilindro, es necesario provocar la combustión en lacámara de del cilindro por medio de una chispa de alta tensión que la proporcionael sistema de encendido.
  7. 7. En un motor el pistón se encuentra ubicado dentro del cilindro, cuyas paredes lerestringen el movimiento lateral, permitiendo solamente un desplazamiento linealalternativo entre el punto muerto superior (PMS) y el punto muerto inferior (PMI); adicho desplazamiento se le denomina carrera..Tanto el movimiento del pistón como la presión ejercida por la energía liberada enel proceso de combustión son transmitidos por la biela al cigüeñal Este último esun eje asegurado por los apoyos de bancada al bloque del motor, y con unosdescentramientos en cuales se apoyan las bielas, que son los que permiten que elmovimiento lineal del pistón transmitido por la biela se transforme en unmovimiento circular del cigüeñal.Este movimiento circular debe estar sincronizado principalmente con el sistema deencendido y con el sistema valvular, compuesto principalmente por el conjunto deválvulas de admisión y de escape, cuya función es la de servir de compuerta parapermitir la entrada de mezcla y la salida de gases de escape
  8. 8. Normalmente las válvulas de escape son aleadas con cromo con pequeñasadiciones de níquel, manganeso y nitrógeno, para incrementar la resistencia a laoxidación debido a las altas temperaturas a las que trabajan y al contactocorrosivo de los gases de escape.La mayoría de los motores de combustión interna trabajan con base en un ciclo decuatro tiempos, cuyo principio es el ciclo termodinámico de Otto (con combustiblegasolina o gas) y el ciclo termodinámico de Diesel (con combustible A.C.P.M.). Porlo tanto, su eficiencia está basada en la variación de la temperatura tanto en elproceso de compresión isentrópico1, como en el calentamiento a volumen (Otto) opresión constante (Diesel).El ciclo consiste en dos carreras ascendentes y dos carreras descendentes delpistón. Cada carrera coincide con una fase del ciclo de trabajo y recibe el nombrede la acción que se realiza en el momento, así:Admisión CompresiónCombustión - Expansión
  9. 9. Escape2.2 Funcionales pero ¿Ecológicos?El investigador Luis Seguessa, titular de la Fundación Códigos con sede en Puntadel Este, Uruguay, recientemente ha informado que las nieves eternas del Árticodejarán de serlo en poco más de 10 años. Otros investigadores amplían la cifra(hasta el 2040) pero nadie duda que eso ocurrirá en el futuro cercano, y con ellouna serie terrible de consecuencias.La causa es conocida de todos: los responsables son los motores de combustióninterna que mueven todas nuestras máquinas, desde nuestros automotores hastanuestras enormes termoeléctricas.Seguessa, asimismo, indicó que entre los meses de septiembre y octubre de esteaño ocurrieron los peores desprendimientos en el Ártico de que tengamosmemoria. Para Seguessa: “la desaparición del Ártico es la antesala del fin, ya quelas grandes cantidades de metano que se encuentran allí en forma de hidratos seescaparán y ocasionarán más calentamiento aún y al final explosiones
  10. 10. incontrolables para el hombre”. Y continúa: “está muy instaurado en la mente delas personas y en el mundo científico en general que son las emisiones de gaseslas que provocan el calentamiento global; porque esa es la parte visible delasunto, sin embargo nosotros insistimos en que esto es cierto, pero que el mayorresponsable del debilitamiento de la capa de ozono es el consumo de oxígeno, yes por eso que ya se han encontrado desiertos de oxígeno en el mar”.Según Seguessa, son los motores de combustión interna (que impulsan a losautomóviles y otros medios de transporte) los mayores responsables en el asuntopor requerir una gran cantidad de oxígeno para poder funcionar: “un vehículoconsume entre 50 y 100 litros de aire promedio por segundo.Teniendo en cuenta la actual población automotora (560 millones de unidades entodo el globo), son 20,000 millones de litros de aire que se consumen por segundoen el planeta y que se devuelven a la atmósfera a medio quemar y en formaexplosiva.Y casi el 20 por ciento de ese consumo (cuatro mil millones de litros por segundo)es oxígeno puro que es tomado de la capa de ozono. La cifra es tan grande queno le da tiempo ni a la cubierta vegetal del planeta ni a la plataforma marina parapoder reponer esta pérdida”.Y el sabio nos alerta: “si se sigue debilitando la capa de ozono debido al consumomasivo por parte de los motores de combustión interna, se escapará el metanohaciendo que los gases que están a medio combustionar comprimidos en laatmósfera se hagan más volátiles aún”.Por lo tanto, Seguessa plantea que es necesario cambiar la tecnología quepropulsa los medios de transporte para evitar así “las lamentables pérdidas ycataclismos del planeta”.
  11. 11. También alertó que en el 2012 el sol llegará a su punto máximo de energíaliberada, y que esto puede encender el azufre comprimido en la atmósfera si sesigue debilitando la capa de ozono.Es menester que los gobiernos y los ciudadanos tomemos cartas en el asuntopues la tecnología para revertir el problema ya existe: el transporte eléctrico, depreferencia masivo es la mejor manera de trasladar personas y mercancías.La bicicleta también es una buena opción cuando se trata de recorridos cortos yplanos. Es por todo esto que no podemos dejar de insistir a nuestro gobiernorespecto a la necesidad, a la urgencia, de modificar el caótico sistema detransporte de nuestro país. Motores de Nueva Generación.3.1 Motores HíbridosEl término propulsión híbrida es utilizado para referirse a vehículos con más deuna fuente de propulsión. Los sistemas híbridos pueden incorporar varios tipos deacumuladores de energía y/o conversores de energía.El objetivo del desarrollo de las tecnologías híbridas es combinar dos fuentes deenergía, de manera que las cualidades de cada sistema sean utilizadas bajocondiciones de generación variables, de tal forma que las ventajas globales deldesarrollo del sistema híbrido pesen más que el costo de su configuración.
  12. 12. En este trabajo se presenta una clasificación de los vehículos híbridos, unadescripción de la tecnología incluyendo ventajas y desventajas de este tipo devehículos, experiencias realizadas, una comparación con motores convencionalesy por último una descripción del sistema híbrido del tipo turbina-eléctrico.Aquellos híbridos que combinan un motor de combustión interna (MCI) y un motoreléctrico son los únicos sistemas híbridos que han tenido un desarrollo serio.Existen dos tipos básicos de sistema: híbridos en serie e híbridos en paralelo.Utilizan el MCI acoplado a un generador, el que produce electricidad para el motoreléctrico que acciona el giro de las ruedas. Es llamado híbrido en serie pues elflujo de energía se mueve en línea directa. Al estar el MCI desacoplado de latracción, es posible que opere a una velocidad constante en una vecindad próximaa su punto óptimo de operación en términos de eficiencia y emisiones, mientrascarga la batería.Una desventaja del sistema es que la energía debe ser convertida varias veces,siendo la eficiencia mecánica entre el MCI y el eje de tracción difícilmente superioral 55% (esto incluye la eficiencia de almacenamiento de la batería). Otradesventaja es que requiere un motor más grande y pesado que en el sistema en
  13. 13. paralelo, lo que no presenta graves consecuencias en buses para transportepúblico.La tecnología híbrida fue diseñada para operar en zonas urbanas, donde existanproblemas de polución ambiental, por lo que el sistema híbrido es muy adecuadopara cumplir con el objetivo de reducción de emisiones contaminantesatmosféricas, especialmente en buses de transporte público. Operandoúnicamente como vehículo eléctrico, con la energía guardada en las baterías,tienen una autonomía de 80 a 200 km. Sistema de frenos regenerativo:Al desacelerar o frenar, el motor eléctrico actúa como generador, recuperando laenergía cinética desde las ruedas, convirtiéndola en electricidad que puede serguardada en la batería. Frenos de fricción tradicionales son requeridos, así comoun sistema de control electrónico que permita maximizar la recuperación deenergía y pueda operar el sistema dual de frenos. Sistemas comerciales en usopermiten recuperar alrededor de un 30% de la energía cinética típicamenteperdida como calor en frenos de fricción. La energía recuperada al freno puedereducir el consumo energético en 15% en conducción en ciudad. Generador: Un generador sincrónico de corriente alterna produce la electricidad para cargar las baterías. Funciona también como motor de partida para el motor diesel. Motor eléctrico: Un motor sincrónico de corriente alterna, compacto, de bajo peso y alta eficiencia. Inversor:
  14. 14. El inversor cambia la corriente continua de la batería en corriente alterna para mover el motor eléctrico, y cambia la corriente alterna del generador en corriente continua para cargar la batería. También varía la frecuencia de la corriente, dependiendo de las revoluciones del motor eléctrico para maximizar la eficiencia. El inversor debe ser enfriado por agua. Divisor de potencia (híbridos en paralelo): El sistema híbrido en paralelo necesita de un divisor de potencia, que utiliza un engrane planetario que distribuye el giro del motor C.I entre la tracción y el generador. Controlando las revoluciones del generador, el divisor funciona también como una transmisión continua y variable. Baterías: Se utilizan las baterías diseñadas para vehículos eléctricos, requiriendo una alta densidad de energía, peso liviano y una larga vida. Ultra-capacitores: Se ha desarrollado también la tecnología de Ultra capacitores para el almacenamiento de la energía. Al no depender de reacciones químicas (como las baterías) pueden ser cargados y descargados rápidamente. El Ultra capacitores entrega la energía almacenada en él, como un pulso eléctrico poderoso. Se encuentran en etapa de desarrollo comercial.No necesitan de carga externa: Al contrario de los autos eléctricos, los híbridos nonecesitan una carga externa, por lo que no tienen los problemas de autonomía delos vehículos eléctricos. El único abastecimiento que necesita es combustible,como los vehículos diesel convencionales - pero en una menor cantidad.Evitan marchas en vacío: Los vehículos híbridos encienden y apagan el MCIsegún lo requerido. Cuando el vehículo está parado o se encuentra a bajasvelocidades, el motor se apaga completamente. Los sistemas convencionales
  15. 15. requieren que el motor sea diseñado para responder a los peak de demanda, sinembargo el vehículo usualmente opera a niveles significativamente menores, loque implica que los motores sean mayores de lo necesario para la mayor parte dela operación, consumiendo por lo tanto más combustible y generando mayoresemisiones. En los sistemas híbridos, los peak de demanda pueden ser satisfechospor la potencia de las baterías en combinación con el motor.Menores emisiones: La reducción de emisiones, comparado con un vehículotradicional, es del orden de 90% para NOx, 70% para VOC, 30% para CO y 100%para material particulado.Comparación de la marcha con MCI convencional: Un bus híbrido en serie permiteal motor diesel trabajar de forma constante bajo condiciones óptimas, reduciendoconsumo y emisiones.Emisiones: Los híbridos no son vehículos de cero emisiones, emitencontaminantes a la atmósfera. Más aún, como la performance de emisiones de unmotor de combustión tiende a deteriorarse con el tiempo, las emisiones decontaminantes probablemente aumentaran con la antigüedad del vehículo.Costo: Los vehículos híbridos, al tener dos sistemas de generación a bordo, sonmás complejos y costosos de construir.Baterías: Las baterías están sujetas a altas cargas específicas, que incrementanlas pérdidas internas y hacen necesario el uso de equipos auxiliares para elsistema de baterías.3.2 Energías Renovables.La dificultad para el acceso a la energía es un problema que se repite en todo elmundo. En el caso de Latinoamérica, sólo en Argentina, cerca de 2 millones depersonas no tienen acceso a la electricidad. Dentro de este grupo se encuentranunas 700 escuelas, que, en su mayoría, son albergues para estudiantes ymaestros.
  16. 16. Para intentar paliar esta falencia, la oficina local de Greenpeace presentó el PlanEnergía Solidaria que apunta a brindar energía a 125 escuelas de todo el país, loque equivale a unos cinco mil alumnos que tendrán acceso no sólo a los serviciosbásicos (iluminación, refrigeración, bombeo de agua) sino que también podránacceder a medios de comunicación que, en la actualidad, se considerancondiciones esenciales para la educación moderna (medios audiovisuales,telefonía, Internet).El acceso a la energía se dificulta debido al aislamiento y a los altos costos quesupone extender las redes de distribución. En este caso, la mejor opción esbrindar el servicio a través de fuentes renovables como es el caso de las energíassolar y eólica.La Argentina posee condiciones excepcionales para aprovechar las energíasrenovables lo que aseguraría el abastecimiento para todos los ciudadanos que notienen acceso a este servicio.La actual actividad energética tiene enormes impactos: lluvias ácidas,contaminación de mares y suelos, destrucción de bosques, residuos radiactivos yel agotamiento de recursos no renovables.Para Greenpeace, la adopción de energías alternativas es la única salida con laque cuenta el mundo para paliar el avance del cambio climático y abandonar ladependencia de los combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas.Las energías renovables -solar, eólica, geotérmica, biomasa, minihidroeléctrica yoceánica- se regeneran, son tan abundantes que perdurarán por miles de años ysu impacto sobre el entorno es mínimo.Cada uno de estos tipos podría aplicarse en distintos lugares del continente segúnlas ventajas naturales con las que cuente y permitiría cubrir todas las necesidadesque cada población requiera.
  17. 17. Es necesario tener en cuenta que algunos tipos de energía son menos sucios perono pueden considerarse como renovables, éste es el caso de las grandeshidroeléctricas, el gas y la energía nuclear.En el caso de las hidroeléctricas su funcionamiento daña regiones agrícolas,alteran ecosistemas, destruyen el patrimonio cultural y desplazan comunidades.El gas es considerado un combustible de transición ya que, aunque es menossucio que los combustibles fósiles, su creciente uso lo ha convertido en unobstáculo para las energías renovables.Además, su almacenamiento puede provocar accidentes de gravedad, tal comosucedió en México cuando en 1984 una explosión en la planta de Pemex, en elEstado de México, provocó la muerte de 650 personas e hirió a 2.500 y doce añosmás tarde, en el mismo lugar, otra explosión mató a 4 personas e hirió a 1.000. Enese mismo año, en Chiapas, en el centro procesador de gas natural más grandedel país, un desperfecto mató a 6 trabajadores y lesionó a 30.Por último, los riesgos de una fuga en las plantas de procesamiento de energíanuclear recrean en peligro de Chernóbil que, luego de su estallido en 1986,provocó 200.000 muertes y en los últimos veinte años a esa cifra se sumaron60.000 personas más debido a enfermedades provocadas por la contaminaciónnuclear.La adopción de las energías renovables no sólo asegura su suministro para lasgeneraciones futuras sino que, además, garantiza la protección del medioambiente.
  18. 18. Conclusiones.Con esta investigación podemos concluir que los motores se han convertido enuna herramienta fundamental para el funcionamiento de diversos mecanismos. Sepuede decir que hoy en día los motores se han convertido en el motivo de diversosavances científicos, algunos de los cuales han sido de gran impacto que hancausado incluso una de las mayores revoluciones que el mundo ha conocido; larevolución industrial llego a ser un detonante para la industria y el desarrollo de losmotores fue un gran aliciente para que esto pudiera ser realidad con latransformación de los procesos de manufactura y producción, y sobre todo el usode menos potencial humano aunado a la gran capacidad de producción queempezaron a tener las empresas.Por otra parte la invención del motor ocasiono la transformación de nuestra formade trasladarnos de un destino a otro, un invento que cambio nuestra vida demanera completa: el automóvil, este se ha convertido en el principal medio paramovernos y hoy en día el ser humano no podría imaginar su vida sin este.Todo este avance tecnológico en los últimos años se ha olvidado de una parteimportante la ecología, nuestros motores son una principal fuente decontaminantes a la atmosfera, causante principal del ya conocido calentamientoglobal, pero en los últimos años la conciencia ecológica ha llegado hasta losdesarrolladores de estos, generando con esto nuevas soluciones para hacer ahoraque nuestro motores además de ser completamente funcionales seancompletamente ecológicos, con esto se pretende mantener la continuidad de estaherramienta.
  19. 19. Como ingenieros mecánicos eléctricos tenemos un compromiso aun mayor queconsiste precisamente en buscar y aplicar las alternativas más favorables y sobretodo que sean ecológicas en el desarrollo e innovación de esta herramienta ya queen nuestras manos están los avances tecnológicos del futuro. Referencias.Pourbaix, J.Motores diesel (1996) México: Alfaomega: Marcombo, 1996Traducción de: II-mouteurs diesel 8o ed. Francesahttp://gasure.udea.edu.co/docs/Historia%20de%20los%20motores%20de%20combustin%20interna.pdf (Recuperado el día 23 de octubre de 2012 a las 21:35 Hrs.)http://www.infoplc.net/files/documentacion/motion_control/infoplc_net_8448173104.pdf (Recuperado el día 2 de octubre de 2012 a las 1:42 Hrs.)http://autos.terra.com/noticias/como_funciona_un_vehiculo_hibrido/aut473(Recuperado el día 3 de octubre de 2012 a las 22:16 Hrs.)

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