1. Tabla de contenido
INTRODUCCIÓN................................................................................................................2
1. CICLO DE OPERACIÓN DE UN MOTOR DIESEL......................................................2
2. DESCRIPCION DEL MOTOR DE 2 TIEMPOS Y 4 TIEMPOS....................................5
2.1. MOTOR DIESEL DE 2 TIEMPOS..........................................................................5
2.2. MOTOR DIESEL DE 4 TIEMPOS..........................................................................6
2.3. DIFERENCIAS ENTRE EL MOTOR DE 2 Y 4 TIEMPOS.....................................8
3. DIFERENCIAS, VENTAJAS Y DESVANTAJAS DE UN MOTOR DIESEL FRENTE
A UN MOTOR DE GASOLINA........................................................................................ 10
3.1. DIFERENCIAS......................................................................................................10
3.2. VENTAJAS ........................................................................................................... 11
3.3. DESVENTAJAS ...................................................................................................11
4. PROCESO DE COMBUSTION REAL (ESTEQUIOMETRIA, REACTANTES Y
PRODUCTOS)................................................................................................................. 12
4.1. LA COMBUSTIÓN................................................................................................ 12
4.1.1. EL COMBUSTIBLE........................................................................................... 12
4.1.1.1. LA GASOLINA................................................................................................ 12
4.1.1.2. EL GASÓLEO .................................................................................................14
4.2. TIPOS DE COMBUSTIÓN.................................................................................... 15
a) COMBUSTIÓN COMPLETA.................................................................................... 15
b) COMBUSTIÓN INCOMPLETA............................................................................... 15
4.3. REACCIONES QUÍMICAS DE LA COMBUSTIÓN............................................. 16
5. ANALISIS DINAMICO DEL MECANISMO BIELA-PISTON ......................................17
6. FUENTES DE INFORMACIÓN.................................................................................... 21
Textos ........................................................................................................................... 21
Videos ........................................................................................................................... 22
Imágenes ...................................................................................................................... 22
2. Motores Diesel Marinos Página 2
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo fue realizado de forma independiente, basándose en
información recopilada de fuentes verídicas y fehacientes, con fin de explicar de
forma coherente y sencilla los puntos solicitados en clase.
Partiremos desde el estudio del ciclo que realiza un motor diesel, comparándolo
con un motor de gasolina, haciendo hincapié en sus diferencias y ventajas y
desventajas que puedan tener; así mismo el análisis de un motor diésel de 2 y 4
tiempos; luego pasando por el desarrollo del proceso real de combustión que se
da en los motores (estequiometria, reactantes y productos) y por último el estudio
cinemático del mecanismo biela-manivela, con el fin de que en algún momento
dado de nuestras vidas nos toquemos con un motor diésel y sepamos cómo
afrontarlo.
1. CICLO DE OPERACIÓN DE UN MOTOR DIESEL
Es el ciclo teórico de los motores de combustión interna de encendido por
compresión. Requieren de un sistema de inyección (bomba e inyector). El
combustible utilizado es el combustible diesel. En un motor Diesel el ciclo
teórico de su trabajo está caracterizado porque la combustión de la mezcla
3. Motores Diesel Marinos Página 3
combustible se efectúa a «presión constante» y mediante el calor facilitado
por la compresión del aire en el interior del cilindro.
Según se lleve a cabo la realización de este ciclo en una, vuelta del eje motor,
o bien, en dos de ellas, nos sirve a nosotros para hacer una clasificación
general de los motores reuniéndoles en dos grupos fundamentales: motores
de dos tiempos, los que efectúan un ciclo completo de trabajo en una vuelta
del eje, y motores de cuatro tiempos, los que efectúan el ciclo en dos vueltas.
Considerando que en una máquina cualquiera, el ciclo de funcionamiento es
la serie de operaciones que, repitiéndose de forma continua, nos dan el
trabajo total que la máquina, nos facilita, pasemos a estudiar las distintas
fases que constituyen estos ciclos.
En un motor Diesel, las fases que componen su ciclo de trabajo se resumen
de la siguiente manera:
a. Llenar el cilindro con aire atmosférico.
b. Efectuar la compresión de este aire hasta que alcance una
temperatura que sea superior a la de combustión del combustible.
c. Inyección del combustible con su proceso de combustión.
d. Expansión de los' gases producidos en la combustión.
e. Evacuación de estos gases a la atmósfera.
Todas estas fases se realizan en una vuelta del motor si es de dos tiempos y
en dos vueltas cuando es de cuatro tiempos.
4. Motores Diesel Marinos Página 4
FIGURA 1: CORTE TRANVERSAL DEL MOTOR MARINO WARTSILLA 46
(4 TIEMPOS)
FIGURA 2: CORTE TRANVERSAL DEL MOTOR MARINO MAN 7S50MC
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(2 TIEMPOS)
5. Motores Diesel Marinos Página 5
2. DESCRIPCION DEL MOTOR DE 2 TIEMPOS Y 4 TIEMPOS
2.1. MOTOR DIESEL DE 2 TIEMPOS
FIGURA 3: ESQUEMA DEL MOTOR DE 2 TIEMPOS
1ra fase: Supongamos que tenemos el embolo en su punto muerto bajo
(extremo inferior de su carrera). En este momento, el aire, impulsado por
un sistema cualquiera de ventilador o bomba adecuado a una baja presión,
generalmente de hasta 0.5 kilos, se precipita a través de las lumbreras o
galerías, al interior del cilindro para llenarlo totalmente al tiempo que con
su empuje limpia “barriendo” los residuos de gases que allí pudieran quedar
de ciclo anterior. Es necesario que el aire entre en el cilindro con esta
pequeña presión para aprovechar el breve espacio de tiempo disponible
durante el que las lumbreras están abiertas. A este aire así impulsado se le
llama aire de barrido.
2da fase: El émbolo comienza su movimiento ascendente (figura 6, primer
tiempo), con lo cual, cierra por las que hemos introducido el aire Entonces
este aire va siendo comprimido al tiempo que su temperatura v
aumentando. Cuando el embolo llega muerto alto (extremo superior de su
carrera) el aire comprimido ha alcanzado una presión de 40 a 45 kilos, con
una temperatura de 700 a 800º.
3ra fase: Estando el émbolo en este punto, y con el aire a la presión y
temperatura indicadas, se efectúa entonces la introducción del combustible
6. Motores Diesel Marinos Página 6
finamente pulverizado o inyección (figura 6, segundo tiempo). Al encontrar
el combustible esta masa gaseosa caliente, de forma espontánea se
produce su combustión con lo que se origina un aumento del volumen de
dicha masa; esta expansión de los gases actúa sobre el émbolo al que
transmite su impulso con lo que comienza su movimiento descendente.
4ta fase: Los gases quemados se van expansionando, y el émbolo
desciende como hemos dicho, debido a su impulso. A esta fase es la que
podríamos llamar "útil", ya que es la única en la cual se realiza el trabajo de
mover el motor, mientras que las restantes tan sólo nos sirven para
hacemos realizable ésta.
5ta fase: En su descenso, el émbolo llega a descubrir las lumbreras del
cilindro; entonces, los gases expansionados ya, se precipitan al exterior por
un número de ellas al tiempo que por las restantes comienza la entrada de
aire fresco que nuevamente llenará todo el cilindro y barrerá hacia el
escape cuantos gases quemados pudieran quedar. El émbolo llegará a su
punto muerto bajo y comenzará la repetición del ciclo explicado.
Así, pues, vemos que para completa un ciclo de trabajo el motor ha tenido
que dar una vuelta completa, habiendo efectuado el embolo dos carreras,
ascenso y descenso.
FIGURA 4: CICLO DIESEL DE 2 TIEMPOS
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2.2. MOTOR DIESEL DE 4 TIEMPOS
7. Motores Diesel Marinos Página 7
FIGURA 5: ESQUEMA DE UN MOTOR DE 4 TIEMPOS
1ra fase. - En este caso supondremos que el embolo lo tenemos situado en
el punto muerto superior, observan que la parte alta del cilindro está dotada
de las válvulas A, para la admisión o entrada del aire, y E, para la
evacuación o escape de los gases quemados. Al descender el émbolo está
abierta la válvula A (figura 8) con lo que la succión originada por el vacío
del émbolo, precipite hacia el interior del cilindro llenándolo totalmente,
hasta que dicho émbolo llega al extremo inferior de su carrera (punto
muerto bajo).
2da.fase; - En el punto muerto bajo invierte el émbolo su sentido de marcha.
Se cierra la válvula A. En el movimiento de ascenso va comprimiendo el
aire encerrado en el cilindro, aumentando su presión al tiempo que su
temperatura, y cuando el émbolo ha llegado a su punto muerto alto, el aire
alcanza los 40 kilos de presión, con unos .700° de temperatura.
3ra fase: Alcanzada esta presión y temperatura, y estando el émbolo en su
punto muerto superior, inyectamos el combustible en el cilindro, y en estas
condiciones, espontáneamente, entra en combustión formando los gases
que han de actuar impulsando al émbolo.
4ta fase: Estos gases, en su expansión, empujan al émbolo en movimiento
descendente. Al igual que en los motores de dos tiempos, esta fase es la
que llamamos útil por ser la única que nos produce trabajo. Desciende el
émbolo hasta llegar al punto muerto bajo, donde invertirá su movimiento.
8. Motores Diesel Marinos Página 8
5ta fase: Al comenzar el movimiento ascendente tenemos abierta la válvula
E, por la que los gases quemados de la combustión, impulsados por el
émbolo son lanzados al exterior. Al alcanzarse el punto muerto alto la
válvula E se cerrará, abriéndose la A y comenzando un nuevo ciclo.
En esta ocasión, para que el ciclo de trabajo se complete, el motor ha tenido
que dar dos vueltas o sea, que el émbolo ha efectuado cuatro carreras,
ascenso, descenso, ascenso y descenso.
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2.3. DIFERENCIAS ENTRE EL MOTOR DE 2 Y 4 TIEMPOS
• El motor de cuatro tiempos es aquel que realiza dos vueltas del cigüeñal
(cuatro carreras del pistón), a diferencia del motor de dos tiempos, en el
que se realiza sólo una vuelta del cigüeñal (dos carreras del pistón).
FIGURA 6: CICLO DIESEL DE 4 TIEMPOS
9. Motores Diesel Marinos Página 9
• Los motores de dos tiempos no son muy utilizados como el motor de
cuatro tiempos, debido a que se ha comprobado que emanan más
sustancias contaminantes (producto de la combustión).
• En el ciclo de dos tiempos, no se usan válvulas de admisióno de escape,
sino se usan lumbreras o toberas que permiten entrar el aire o la mezcla
con combustible, y salir a los gases o emanaciones del escape.
• Teóricamente, por la única vuelta del cigüeñal en el motor de dos
tiempos, este posee el doble de eficiencia que la de un motor de cuatro
tiempos de igual cilindrada, sin embargo, esto trae consigo problemas
de rotura de la película de aceite lubricante que provoquen averías en el
pistón y en el cilindro.
• Respecto a la potencia, se tiene en cuenta que la velocidad del motor
del ciclo de dos tiempos debe ser (por lo general) un poco inferior a la
necesaria para realizar el doble de la potencia que en un motor de cuatro
tiempos.
• El ciclo de dos tiempos fue concebido para simplificar el sistema de
distribución, eliminando y reduciendo el número de válvulas, y para
obtener una mayor potencia a igualdad de dimensiones del motor.
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10. Motores Diesel Marinos Página 10
3. DIFERENCIAS, VENTAJAS Y DESVANTAJAS DE UN MOTOR
DIESEL FRENTE A UN MOTOR DE GASOLINA
3.1. DIFERENCIAS
Motor a gasolina Motor Diesel
Succiona una mezcla de aire y
combustible, los comprime y enciende
la mezcla con una chispa produciendo
una inflamación súbita.
Sólo succiona aire, lo comprime y
entonces se inyecta el combustible al
aire comprimido, originándose el
autoencendido espontáneo.
La relación de compresión es
relativamente baja (de 8:1 a 12:1). Esto
quiere decir que es menos eficiente.
La relación de compresión es
relativamente alta (de 14:1 hasta 25:1).
Esto se traduce en una mejor
eficiencia.
Utilizan el método del carburador, en
donde el aire y el combustible son
mezclados un tiempo antes de que
entren al cilindro.
Utiliza el método de filtro para poder
purificar al aire que va a ingresar a la
cámara de combustión.
Su inyección es de tipo combustible de
puerto, que quiere decir que éste es
inyectado a la válvula de succión (fuera
del cilindro).
Mientras que aquí, la inyección del
combustible es de tipo directa, en la
cual el combustible diesel es inyectado
directamente al cilindro.
Son motores de alta velocidad de
cigüeñal (entre 2500 a 5000 rpm).
Su velocidad del cigüeñal es de 100 a
750 rpm, siendo un motor lento
comparado con el anterior. Sin
embargo, se pueden alcanzar
velocidades de hasta 2000 rpm.
Su combustible es relativamente caro. Su combustible es barato.
Son más livianos. Son más pesados.
Se usan para los vehículos menores y
livianos, las motocicletas, la
cortacésped, generadores pequeños,
etc.
Usados mayormente en la carga
pesada, en generadores eléctricos
enormes y en los grandes buques.
11. Motores Diesel Marinos Página 11
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3.2. VENTAJAS
Las principales ventajas de un motor diésel son:
• Economía de combustible.- el ahorro de combustible del motor
diésel. es una ventaja notable sobre el motor de ciclo Otto. Esta
diferencia generalmente supera el 20%.
• Alta potencia por libra de peso en la instalación del motor,
particularmente en las instalaciones modernas de motores de alta
velocidad.
• Gran seguridad en el funcionamiento.
• Bajo consumo por caballo-hora, lo cual significa un aumento en
el rango de viaje.
• Reduce el peligro de incendio comparado con el motor de
gasolina. Debidoa que el combustible no se inflama tan fácilmente.
• Pocas fallas en el funcionamiento.-en el motor de gasolina
generalmente en el sistema de ignición o encendido y en el
carburador se producen irregularidades, los cuales no se
presentan en el motor diésel.
Rendimiento: el motor diesel es el que mayor rendimiento ofrece entre los
motores de combustión interna.
3.3. DESVENTAJAS
Podemos citar algunas desventajas del motor diesel:
• Mayor coste de instalación.-el motor diesel cuesta más en
adquirir e instalar, debido a que necesita un sistema de inyección
de construcción precisa.
• Mayor peso.- el motor diesel suele ser más pesado que el de
gasolina, debido a que necesita mayor robustez.
• Funcionamiento ruidoso.-La mayoría de los motores diesel son
ruidosos. Esto se debe a las elevadas presiones y a la combustión
en el cilindro.
Dificultades de engrases: el motor diesel presenta, en su
funcionamiento, más dificultades de engrase que el de gasolina. Hay que
limpiar sus filtros con más frecuencia. El aceite combustible deberá filtrase
12. Motores Diesel Marinos Página 12
muy bien para eliminar todo el polvo y las sustancias extrañas antes de
inyectarlo.
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4. PROCESO DE COMBUSTION REAL
(ESTEQUIOMETRIA, REACTANTES Y PRODUCTOS)
4.1. LA COMBUSTIÓN
La combustión es una reacción química exotérmica, donde se da la liberación de
calor y energía mediante la combinación de un combustible con un comburente
(en general, proveniente del aire). El proceso puede ser de carácter lento (como
en la oxidación del hierro en el aire húmedo), o de carácter rápido (llamado
detonación o veloz desprendimiento de calor). En la combustión, se distinguen
dos componentes principales:
a) El combustible: Es el que arde en el proceso cuando entra en contacto
en un lugar de condiciones de elevada presión y temperatura, con ayuda del
comburente. Este componente debe de tener propiedades de explosividad (de
inflamación súbita) y de auto-ignición (de inflamación espontánea). Existen
infinidades y variedades de combustibles que son compuestos por hidrocarburos
(C, H, O, N, S), de los cuales, los combustibles gaseosos son aquellos que
verifican un buen proceso de combustión (de forma perfecta).
b) El comburente: Es aquel componente que produce la combustión. El
comburente se obtiene mayormente del aire, de la cual se coge al oxígeno como
el elemento que va a reaccionar con el combustible (en especial con el carbono
y el hidrógeno), siempre y cuando haya un adecuado balance estequiométrico
en las reacciones químicas de éstos dos últimos. La idea es que todo el
combustible se haya oxidado por completo para que la combustión sea completa
o perfecta.
4.1.1. EL COMBUSTIBLE
4.1.1.1. LA GASOLINA
Es un compuesto de hidrocarburos (de 5 a 12 átomos de carbono
por molécula), su rango de destilación varía entre 40º a 200ºC, y
se usa como combustible en los motores de gasolina de
encendido por chispa de dos o de cuatro tiempos (para los
automóviles, motocicletas y vehículos livianos en general). La
gasolina se considera como una sustancia líquida volátil,
inflamable e incolora. El aspecto verde, rojo o amarillento se logra
mediante la incorporación de un colorante artificial, que además
13. Motores Diesel Marinos Página 13
de facilitar su diferenciación, permite controlar su eventual
adulteración en el entorno comercial.
La medida de la capacidad anti-detonante de la gasolina se determina con el
índice de octano (que cuando es alto este índice, producen una combustión más
suave y efectiva). Este índice de octano se obtiene por comparación del poder
detonante de la misma con el de una mezcla de iso-octano (asignado con índice
100) y heptano (asignado con índice 0).
Es decir, si tenemos una gasolina de 97 octanos, quiere decir que se comporta
como una mezcla de 97% de iso-octano y el 3% de heptano. A la gasolina se le
adicionan algunos aditivos específicos (como el metil t-butil éter o MTBE) para
potenciar sus propiedades antidetonantes y otras características.
FIGURA 7: METIL T-BUTIL ÉTER (MTBE)
Algunos ejemplos de gasolina
Sin plomo de 95
octanos
Libre de azufre (< de 50
ppm)
Sin plomo de 98
octanos
Libre de azufre (< de 10
ppm)
Con plomo
octanos (La
súper 97)
de 97
14. Motores Diesel Marinos Página 14
A las gasolinas se le adiciona el tetraetilato de plomo para poder mejorar el
octanaje, y al arder la mezcla, los residuos de plomo (metal blando) poco volátiles
se van depositando sobre los asientos de las válvulas de escape,
interponiéndose entre estas una especie de almohada producida en el proceso,
con la ventaja que se renueva continuamente. Sin embargo, esto provoca
desgaste en algunas de las piezas de esa zona. Hoy en día (debido a la
necesidad de controlar las emisiones) se instalan conversores catalíticos en los
automóviles. En ellos nace la necesidad de la utilización de las gasolinas sin
plomo.
4.1.1.2. EL GASÓLEO
Llamado también gas-oil o diesel, es el combustible empleado en
los motores de combustión interna de encendido por compresión
(motores diesel). Se trata de un producto más denso y de más
poder calorífico que la gasolina. Su curva o intervalo de
destilación se encuentra entre los 260 y 370°C, poseen bajo
contenido en azufre, y deben permitir una correcta combustión,
protegiendo al sistema de inyección y de alimentación, además
de evitar la corrosión de las diferentes partes del motor. En la
figura de abajose aprecia al gasóleo que es insoluble al agua.
FIGURA 8: MUESTRA DE COMBUSTIBLE DIESEL
Este combustible es de color blancuzco y verdoso, de densidad de 850 kg/m3,
compuesto fundamentalmente de parafinas y utilizado principalmente en motores
diesel (como se mencionó anteriormente). Cuando este combustible es obtenido
de la destilación del petróleo se denomina petro-diesel, y cuando es obtenido a
partir de aceites vegetales se denomina bio-diesel.
El grado o capacidad de auto-inflamación del gasóleo se mide con el número de
cetano (que se encuentra convenientemente entre 40 y 70). Este índice se define
como el porcentaje en volumen de cetano (una parafina, a la que se le asigna un
grado 100) en una mezcla con alfa-metilnaftalina (que ofrece el mismo retraso
15. Motores Diesel Marinos Página 15
de encendido que el combustible en cuestión). Eso quiere decir que cuanto más
alto es el índice de cetano, mas bajo es el retraso de encendido, lo que favorece
al rendimiento del motor.
Existen varios tipos de gasóleo, como el diesel e+, el diesel e+ 10 (con
desactivador de metales para evitar la formacion de insolubles metalicos). Con
respecto al gasóleo obtenido de aceites naturales, estos se usaron al principio,
en la época del inventor del ciclo del motor que lleva su nombre, Rudolph Diesel.
Sin embargo, se reemplazó este tipo de combustible por el obtenido del petróleo,
ya que resultaba ser más barato que el anterior.
4.2. TIPOS DE COMBUSTIÓN
a) COMBUSTIÓN COMPLETA
Es aquella combustión en donde los elementos del combustible se han
oxidado completamente. Eso quiere decir que el carbono se ha oxidado
al máximo, al igual que el hidrógeno, liberándose la energía necesaria
para mover al pistón de la cámara de combustión. Los demás
elementos de los hidrocarburos (como el nitrógeno, el azufre, etc) no
reaccionan con el oxígeno, ya que tienen un carácter no significativo en
la combustión. Los gases de escape están conformados en su mayoría
de vapor de agua.
FIGURA 9: ECUACION PRINCIPAL DE LA FASE DE COMBUSTIÓN
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b) COMBUSTIÓN INCOMPLETA
16. Motores Diesel Marinos Página 16
Llamada también combustión imperfecta, es donde el combustible no
se ha oxidado por completo o el aire no ha estado en proporción
suficiente, resultando en los gases de escape compuestos que aún no
han sido oxidados, como el monóxido de carbono (CO), los NOx, los
SOx, entre otros contaminantes, además de partículas de combustible
inquemados. Estos gases de escape se expresan en los llamados
humos negros y las cenizas que pueden originarse (formado por
compuestos no quemados). Este tipo de combustión trae consigo
pérdidas irreversibles de energía y propagación de contaminantes que
no fueron quemados por completo.
4.3. REACCIONES QUÍMICAS DE LA COMBUSTIÓN
Los cálculos se realizan mediante algunas reacciones químicas de estas
sustancias con el oxígeno, teniendo en cuenta que el combustible es el
único compuesto químico que puede ser una sustancia pura o una mezcla
de gases de combustión, así como pueden ser también los combustibles
líquidos (gasolina, gasóleo) y sólidos (como el carbón y la turba). En
cualquier caso, los elementos combustibles son sólo el C, H2 y S, y las
reacciones de combustión se pueden reducir (cuando se trata de
combustibles sólidos o líquidos) a las tres siguientes:
Los combustibles comúnmente usados en MCIA son gasolina y diesel, y
muestras de compuestos de hidrocarburos obtenidos en la refinación del petróleo
crudo. Los combustibles principalmente contienen carbono e hidrógeno,
típicamente 86% de carbono y 14% de hidrógeno en peso; algunos combustibles
17. Motores Diesel Marinos Página 17
diesel pueden contener hasta 1% de azufre. Entre otros combustibles están los
alcoholes que contienen oxígeno y combustibles gaseosos como el gas natural
(GN) y el gas licuado de petróleo (GLP).
Los gases que se desprenden del combustible sólido son hidrocarburos ligeros
(como el metano), hidrocarburos pesados (como el C2H4, C2H2, C6H6), y en
algunos casos el CO y el SO2, de forma que:
Estas últimas reacciones expresan el proceso de la combustión incompleta, ya
que algunos gases escapan sin arder, formando los llamados humos negros. En
conclusión, la cantidad de oxígeno debe de ser más que la del combustible para
asegurar una combustión completa o perfecta, pero un elevado exceso de aire
es desfavorable porque disminuye la temperatura de la combustión, arrastrando
un elevado número de calorías que se pierden en los humos, al tiempo que
aparecen gases de NOx.
Reacción global de combustión:
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5. ANALISIS DINAMICO DEL MECANISMO BIELA-PISTON
El mecanismo biela manivela tiene por objetivo transformar el movimiento
rectilíneo alternativo en un movimiento circular de rotación, y viceversa. Es
un mecanismo muy difundido en las máquinas de vapor, motores de
combustión interna, bombas, máquinas de embutir y estampar, y muchas
otras máquinas industriales.
18. Motores Diesel Marinos Página 18
FIGURA 10: MECANISMO BIELA-MANIVELA
Estudio del Movimiento
Se denomina O al centro de rotación del árbol al cual está unida la manivela AO,
el punto A denominado botón de la manivela, cumple una trayectoria circular
alrededor de O.
La biela AK está unida al botón de manivela A y el botón de la cruceta K o del
embolo. Su extremo K está obligado a recorrer una trayectoria rectilínea cuya
prolongación pasa por O.
Siendo finita la longitud de la biela, el botón de la cruceta o del embolo recorre
también una trayectoria finita; en efecto cuando la biela se coloca en línea recta
con la manivela, el punto A habrá llegado a B y, por lo tanto el punto extremo de
la biela K habrá alcanzado la posición B1.
Al girar la manivela en el sentido de las agujas del reloj, el punto A llegara a D,
después de girar 180º. En esta posición la manivela y la biela están otra vez en
línea recta, pero superpuestas en parte, debido a su desigual longitud. El botón
de la cruceta K del embolo habrá alcanzado, en su movimiento rectilíneo hacia la
derecha, el punto D1.
La magnitud del recorrido rectilíneo B1D1 es igual al doble de la longitud de la
manivela; por lo tanto, igual al diámetro del movimiento circular de rotación
descrito por el punto A, o sea: B1D1=2 r = S.
A este recorrido rectilíneo se le denomina carrera. B1 y D1 son llamados puntos
muertos, por cuanto colocadas la biela y la manivela, ambas en línea recta y en
situación de reposo, no es posible imprimir al mecanismo el movimiento; por lo
19. Motores Diesel Marinos Página 19
tanto, la puesta en marcha en estas condiciones no es posible si no se varia por
otros medios la posición de la manivela.
Al girar l manivela, prosiguiendo el movimiento de rotación, el punto A llegara
nuevamente al punto B; por lo tanto, el botón de la cruceta ha realizado dos
carreras rectilíneas de igual longitud y, por consiguiente un movimiento rectilíneo
alternativo.
La carrera determinada por el botón de la cruceta es al mismo tiempo carrera del
embolo, el cual se desliza en el interior de un cilindro y se une a la cruceta
mediante una barra V, denominada vástago. Tal como se a dicho anteriormente,
el vástago puede no existir y la cruceta ser reemplazada por un embolo cruceta.
FIGURA 11: CINEMÁTICA DEL MECANISMO BIELA-MANIVELA
Carrera del Embolo (determinación grafica)
Considerando un instante cualquiera del movimiento, el punto K se habrá alejado
del punto muerto anterior B1 una determinada longitud, cuya magnitud puede
calcularse gráficamente o analíticamente.
Supongamos que la manivela haya girado un ángulo α con respecto a la
dirección del movimiento rectilíneo. El botón de la manivela estará en A y el botón
de la cruceta se encontrara en K, a una distancia B1K = x.
Esta magnitud B1K= x es la carrera efectuada por el botón de la manivela y, por
consiguiente también la carrera del embolo.
Si se desconoce la posición del punto K, es suficiente hacer centro en A con un
compás y, con una abertura igual a la longitud ‘’l’’ de la biela, describir un arco
cortando a la recta B1D1.
20. Motores Diesel Marinos Página 20
FIGURA 12: DETERMINACIÓN ANALITICA DE LA CARRERA DEL EMBOLO
Determinación analítica de la carrera
Se tiene:
𝑥 = 𝐾𝐷1 = 𝐴′𝐷 = 𝑁𝐷 − 𝑁𝐴′
𝑥 = 𝑁𝐷 − 𝑁𝐴′
Pero:
𝑁𝐴′ = 𝐾𝐴′ − 𝐾𝑁
Luego:
𝑥 = 𝑁𝐷 − (𝐾𝐴′ − 𝐾𝑁)
Como:
Entonces se tiene:
De manera aproximada se tiene:
Velocidad del embolo (determinación analítica)
Tanto en las máquinas de vapor como en todos los motores de embolo, la
energía calórica se transforma en mecánica, originando el movimiento rectilíneo
alternativo, que a su vez es transformado en circular por el mecanismo biela
manivela.
21. Motores Diesel Marinos Página 21
Se puede hacer la siguiente aproximación:
Entonces se obtiene la siguiente expresión:
Además:
La velocidad del pistón será:
Además la velocidad del botón de manivela es:
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6. FUENTES DE INFORMACIÓN
Textos
http://motos.about.com/od/mecanica-basica/ss/Como-Funciona-Un-Motor-De-
2Tiempos.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Otto
http://es.wikipedia.org/wiki/Gas%C3%B3leo
http://es.wikipedia.org/wiki/Biela-manivela
