FUNDAMENTOS DE MOTORES

Transcripción

1 FUNDAMENTOS DE MOTORES Capítulo 1: Conceptos Básicos Recopilado por: M. En C. José Antonio González Moreno

2 Introducción: En esta presentación se estudiarán los conceptos básicos de la combustión de combustibles, las partes que conforman la cámara de combustión, los 4 tiempos de un pistón y cigüeñal, además del cálculo del cilindraje y relación de compresión en un motor Diesel. Finalmente se presentan las conclusiones y las referencias bibliográficas consultadas, así como algunas preguntas de referencia.

3 Antecedentes: Hace más de 100 años que en la Compañía Mercedes Benz, generaron la idea del motor Diesel en base a los motores de vapor del s. XVIII. Conforme han avanzado los años, los motores Diesel se han vuelto más complejos y eficientes, por mencionar al famoso motor Rotativo o Wankel.

4 Conceptos Básicos Mantenimiento Industrial Combustión y factores que la controlan Aire + Combustible + calor = Combustión Cp Aire + Cp Combust + Q = Q R xn Tres factores que controla la combustión. AGENTE OXIDANTE R.Q.C TEMPERATURA 1) 2) 3) Volumen de aire comprimido Tipo de combustible usado Cantidad de combustible mezclado con el aire AGENTE REDUCTOR

5 Cámara de combustión Mantenimiento Industrial Partes de la Cámara de Combustión: 1) Camisa o Cilindro de Pistón 2) Pistón 3) Válvula de Adición de Aire 4) Válvula de Escape de Gases de la combustión 5) Cabeza de Cilindros o Culata Los Movimientos del Pistón siempre van a ser Alternativo y Giratorio

6 Proceso de Combustión Ciclo de 4 Tiempos: 1) Admisión. 2) Compresión. 3) Fuerza o Explosión 4) Escape Mantenimiento Industrial

7 Proceso de Combustión Ciclo de 4 Tiempos: 1) Admisión. 2) Compresión. 3) Fuerza o Explosión 4) Escape Mantenimiento Industrial

8 Puntos Muertos Mantenimiento Industrial Punto Muerto Superior (PMS): Cuando el Pistón se encuentra en la Parte más alta de la Culata. Punto Muerto Inferior (PMI): Cuando el Pistón se encuentra en la Parte más baja de la Camisa.

9 Comparación de los Motores Diesel y Gasolina 1. En el Motor Diesel, sólo entra aire a la cámara de Combustión. 2. En el Motor a Gasolina, entra combustible y se necesita una chispa para la Combustión. 3. El Motor Diesel es 25% más pesado que el Motor a Gasolina. 4. En el Motor a Gasolina, la cavidad del Cilindro, es hacia arriba y en el Diesel es hacia abajo. 5. La parte superior del Pistón en el Motor Diesel es Cóncava, en el de Gasolina, es Plana. Mantenimiento Industrial

10 Comparación de las Cámaras de Combustión. La Relación de Compresión en el Motor Diesel, es 13 a 1 y a veces es 20 a 1. En el de Gasolina, es 8 a 1 y a veces 11 a 1. Mantenimiento Industrial Cámara de Combustión Diesel Cámara de Combustión a Gasolina

11 Definición de Términos Fricción: Oposición al Movimiento entre dos superficies. Mantenimiento Industrial Inercia: Tendencia de Un Objeto a permanecer en estado de Reposo o Movimiento. Fuerza: Empuje o tracción que inicia, detiene o cambia el movimiento de un objeto.

12 Definición de Términos Presión: Fuerza que se aplica a una determinada área. La Temperatura, la disminución de Volumen y la limitación del flujo, aumentan la Presión. Fuerza ( lbf) Presión ( en PSI) 2 Área ( in ) Par Motor: Es la medida de la capacidad de transporte de carga de un motor. Se le conoce también como la Fuerza de giro o torsión (Torque). Se calcula como: 5252 (Potencia) Torque ( en lb - ft) R.P.M. Potencia: Es la Cantidad de trabajo producida en cierto periodo de Tiempo. Se calcula como: (Torque) R.P.M. Potencia ( en HP) 5252 Mantenimiento Industrial

13 Definición de Términos Calor: Es la Energía producida por la Combustión de un Combustible. Mantenimiento Industrial Temperatura: Es la medida del calor y existen escalas para medirlo: La Ranking ( R), La Kelvin (K), La Fahrenheit ( F), la Celsius ( C) y la Réaumur ( Re). BTU: Es la Cantidad necesaria de calor para aumentar en un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua.

14 Mantenimiento Industrial Eficiencia del Motor Calibre (B): Es el Diámetro interior de la camisa del Pistón. A mayor área de Combustión, mayor Potencia. Carrera (S): Es el desplazamiento o distancia que recorre el Pistón del PMS al PMI. Cilindrada (D): Se define como el Área del Calibre por la Carrera y determina la Potencia de un motor. A mayor Cilindraje, mayor Potencia. Se calcula como: D (BA) (S) Relación de Compresión (CR): Es la relación entre el Volumen total en el PMI y el Volumen total en el PMS. CR TV CV

15 Ejemplo 1: Calcular (a) el Cilindraje (en Lts) y (b) la relación de compresión de un motor diesel cuyo calibre es de 4 1/8 de pulgada y una carrera de 4 ¼ de pulgada. Considerar un co-volumen de 270 mils. El motor es un modelo (a) Cilindraje: cm 3 6 pistones = Lts 5.6 L (b) Relación de Compresión: ( cm/ cm) = 14.74% 15%

16 Ejemplo 2: Calcular (a) el Cilindraje (en Lts) y (b) la relación de compresión de un motor diesel cuyo calibre es de 3 ½ de pulgada y un PMI de 4.6 pulgadas. Considerar una carrera de 3.9 pulgadas. El motor es un modelo 1024-C. (a) Cilindraje: cm 3 4 pistones = Lts (b) Relación de Compresión: = 15.33%

17 Ejercicio 1: Calcular (a) el Calibre del pistón (en cm y pulg) que se necesita tener para que un motor Diesel 1036 presente un cilindraje total de 6.1 litros con un PMS de mm y un PMI de 4.6 mm (b) la relación de compresión del motor diesel. (a) Calibre: cm (b) Relación de Compresión: = 28.26%

18 Ejercicio 2: Si un Motor Diesel presenta una Relación de Compresión del 21.3% Calcular (a) el Calibre (en mm) y (b) el PMI del motor diesel (en cm). Considerar un co-volumen de 210 mils y un Cilindraje de 5.78 Lts. El motor es un modelo 1054-D. (a) Calibre: cm = cm (b) PMI: cm (4473 mils)

19 Conclusión: El proceso de combustión Diesel es importante porque es eficiente para cargas pesadas y genera buen torque, aún sigue evolucionando y seguirá cambiando en su morfología y eficiencia. El futuro de los motores a presión es prometedor a diferencia del de gasolina, porque simplemente no resiste cambios de esfuerzo en el material y el de Diesel, sí.

20 Referencias Bibliográficas: 1. Yunus C. Termodinámica. (2012) 7ma edición. Ed. Mc Graw Hill. 2. SYS Tracsa, Versión On Line. Consultado el 15 de Agosto del 2012 de

21 Preguntas de Repaso: 1) Mencionar los 3 factores que controlan la combustión: R = 1) Volumen de aire comprimido, 2) Tipo de combustible utilizado y 3) Cantidad de Combustible mezclado con aire. 2) Describir 3 partes de la cámara de Combustión: R = Camisa, Válvula de escape y de admisión, Pistón y Culata. 3) Indicar las etapas de un Proceso de Combustión de 4 tiempos: R = Admisión, Compresión, Explosión y Escape.

22 Preguntas de Repaso: 4) Cómo se define el PMS? R = Cuando el Pistón se encuentra en la parte más alta de la culata. 5) Cuál es la relación de Compresión Normal en un Motor a Gasolina?: R =Por lo regular es de 8:1 y a veces de 11:1. 6) Con qué otros nombres se le conoce al Par Motor?: R = Torque, Fuerza de giro y Momentum.

23 Preguntas de Repaso: 7) Describir 3 Diferencias del Motor Diesel respecto al motor a Gasolina. R = 1) En el motor Diesel sólo entra aire a la Cámara de Combustión. 2) El Motor Diesel es 25% más pesado que el de Gasolina. 3) El Pistón del Motor Diesel es Cóncavo o Convexo. 8) Cómo se define Fricción?: R =Es la oposición al Movimiento entre dos superficies. 9) Describir la Definición de BTU: R = Es la cantidad necesaria de calor que se requiere para elevar 1 F la cantidad de 1 libra de agua.