Los motores térmicos son máquinas que transforman la energía térmica (calor) producida al quemar un combustible en energía mecánica (movimiento).

Transcripción

1 LOS MOTORES TÉRMICOS Los motores térmicos son máquinas que transforman la energía térmica (calor) producida al quemar un combustible en energía mecánica (movimiento). Se clasifican en dos tipos: Motores de combustión externa: el combustible se quema fuera del motor, como en la máquina de de vapor y en la turbina de vapor. Motores de combustión interna: el combustible se quema dentro de la máquina, como en los motores de gasolina y gasoil (diesel), en las turbinas de gas y en los motores de reacción. 1.- LA MÁQUINA DE VAPOR Fue inventada por el ingeniero Jamen Watt, perfeccionando una máquina anterior. Gracias a su invención se produjo la revolución industrial de los siglos XVIII y XIX, gracias a su uso en las fábricas, en las locomotoras y en los barcos. Actualmente ya no se usa. Funcionamiento Se quema combustible en un hogar para producir vapor de agua a presión en una caldera. El vapor pasa a través de una caja de distribución que lo encauza hacia un cilindro. Gracias al movimiento de la corredera, el vapor a presión entra en el cilindro a un lado y a otro del émbolo de forma alternativa, provocando en éste un movimiento de vaivén. Este movimiento alternativo del émbolo se transforma en un movimiento giratorio de la rueda motriz gracias a un mecanismo de biela-manivela. El vapor, ya con poca presión, es empujado por el émbolo y sale del cilindro hacia el condensador, donde se licua, y se pasa de nuevo a la caldera por medio de una bomba, cerrándose el circuito. IES Bellavista. 1

2 2.- LA TURBINA DE VAPOR Se utiliza fundamentalmente en las centrales para producir energía eléctrica. También en la propulsión de barcos. Rueda móvil Funcionamiento En el hogar se quema combustible para producir calor, que transforma el agua en vapor a presión en la caldera. El vapor a presión se hace chocar contra los álabes o paletas de una rueda móvil y la hace girar (este giro se puede aplicar a un alternador u otro tipo de máquina). El vapor sin presión se enfría y se transforma en agua en el condensador y se devuelve de nuevo a la caldera mediante una bomba. Caldera Hogar TURBINA DE VAPOR 3.- LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Al quemar una mezcla comprimida de combustible y aire dentro del cilindro, se producen gases a una elevada presión, que empujan con fuerza el pistón y lo desplazan hacia abajo. Gracias a la biela articulada, este movimiento provoca el giro del cigüeñal. Estos motores pueden estar constituidos por uno o por varios cilindros Cilindrada de un motor Es el espacio que recorre el pistón desde el punto más alto al punto más bajo, expresado en centímetros cúbicos (c.c. o cm 3 ). Al punto más alto se le llama punto muerto superior (P.M.S.) y al punto más bajo punto muerto inferior (P.M.I.). calibre A la distancia entre los dos puntos muertos se le denomina carrera del pistón. Al diámetro del cilindro se le llama calibre. La cilindrada viene dada por la fórmula del volumen de un cilindro: V = π r 2 h r Cilindrada = π calibre 2 2 carrera h IES Bellavista. 2

3 3.2. Motores de gasolina y motores diesel Se diferencian por el tipo de combustible que utilizan y por cómo se produce el encendido de la mezcla de combustible y aire. En los motores de gasolina, el encendido de la mezcla lo provoca una chispa eléctrica que salta en una bujía. En los motores diesel (usan gasoil) el encendido se produce por el efecto de la alta temperatura que se alcanza en el cilindro al comprimir el aire a muy alta presión, lo que hace que el combustible se inflame conforme se inyecta en el cilindro. Estos motores no necesitan bujías El motor de gasolina de cuatro tiempos La entrada y salida de gases del cilindro vienen reguladas por válvulas de admisión y de escape que se abren y se cierran gracias al empuje de unas levas. Estos motores se llaman de cuatro tiempos porque un ciclo completo de funcionamiento se produce en dos movimientos de subida y dos de bajada del pistón, lo que equivale a dos vueltas completas del cigüeñal. Fases del ciclo de funcionamiento Válvula de admisión Pistón Válvula de escape Culata Segmentos 1. Admisión de la mezcla de combustible y aire succionada por la bajada del pistón. La válvula de admisión permanece abierta. 2. Compresión de la mezcla por la subida del pistón. Las dos válvulas están cerradas. 3. Explosión y expansión de los gases que hacen bajar el pistón. Las dos válvulas están cerradas. Biela Cárter Cilindro Cigüeñal 4. Escape de los gases, empujados por el pistón al subir. La válvula de escape permanece abierta. IES Bellavista. 3

4 3.4. El motor de gasolina de dos tiempos La entrada y salida de gases tiene lugar a través de unos orificios denominados lumbreras; no tiene válvulas ni levas. Estos motores se llaman de dos tiempos porque el ciclo completo de funcionamiento se produce en un movimiento de subida y uno de bajada del pistón, lo que equivale a una vuelta completa del cigüeñal. Se utilizan en motores de un único cilindro. Es el que se usa en los ciclomotores. Se refrigeran por aire por medio de unas aletas que sobresalen del bloque motor. Cilindro escape admisión Biela Volante de inercia Motor de dos tiempos Pistón Cárter transferencia Cigüeñal Fases del ciclo de funcionamiento 1. Subida del pistón: Se produce la compresión de la mezcla contenida en el cilindro. Al mismo tiempo, debido a la succión, entra otra porción de mezcla en el cárter a través de la lumbrera de admisión. Cuando el pistón está arriba salta la chispa y se inicia la combustión de la mezcla. 2. Bajada del pistón: el pistón baja empujado por la expansión de los gases a presión. Al descubrirse la lumbrera de escape, los gases salen del cilindro (escape). Al descubrirse la lumbrera de transferencia, la mezcla situada en el cárter pasa al cilindro (admisión) ayudada por el empuje del pistón al bajar. Fases del motor de dos tiempos comprimida Chispa Gases de combustión Gases de combustión COMPRESIÓN EXPANSIÓN ESCAPE ADMISIÓN IES Bellavista. 4

5 3.5. Motores de turbina de gas Tiene tres partes principales: compresor, cámara de combustión y turbina. El compresor comprime el aire para que entre más oxígeno en la cámara de combustión. En la cámara de combustión se inyecta combustible y se produce la combustión de la mezcla de combustible y aire (oxígeno) generándose gases a mucha presión. La turbina gira debido al paso por ella de los gases de combustión. La turbina mueve el compresor y la máquina acoplada al motor. Se aplican en aviones, trenes, barcos y en centrales eléctricas. MOTOR DE TURBINA DE GAS MÁQUINA ACOPLADA 3.6. Motores de reacción Estos motores se basan en el principio de acción y reacción, que nos dice que si un cuerpo realiza una fuerza sobre otro (acción), éste reacciona ejerciendo sobre el primero otra fuerza de igual valor y dirección, pero de sentido contrario (reacción). Funcionamiento del motor de reacción El aire que entra por la admisión es comprimido en el compresor, que lo mete a presión en la cámara de combustión. En dicha cámara, se inyecta combustible (queroseno) que arde en contacto con el oxígeno del aire, produciendo una gran cantidad de gases que salen a gran velocidad, haciendo girar la turbina (que acciona el compresor) y salen por el escape, produciendo por reacción una fuerza de empuje sobre el motor. Se usa en aviones y cohetes. IES Bellavista. 5