FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

DISEO E IMPLEMENTACION DE LAS PRCTICAS DE LABORATORIO DE MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA

DEDICATORIA:

A nuestros padres y hermanos por su

Invalorable apoyo incondicional y

Estimulo persistente para lograr nuestras

Metas y ser profesionales de xito.

INTRODUCCIN

Incertidumbre en el suministro y precio, dificultad para establecer un modelo de desarrollo econmicamente sostenible as como para establecer un modelo de desarrollo medioambientalmente sostenible, son debilidades asociadas a las economas que dependen completamente del petrleo, es el caso de la inmensa mayora de los pases industrializados. Por tal motivo, desde los aos 90 del pasado siglo se ha producido un creciente inters en la bsqueda de fuentes de materias primas alternativas, o encontrar la mxima eficiencia del consumo de combustibles tradicionales derivados del petrleo.Dada la importancia y la amplia aplicacin de los motores de combustin interna en el sector industrial, es imperativo que los estudiantes de Ingeniera Mecnica conozcan las bases de diseo, operacin y mantenimiento en las condiciones de mxima eficiencia. Adems, corresponde al futuro Ingeniero Mecnico, seleccionar diferentes tipos de motores para diferentes tipos de aplicaciones tales como generacin de energa elctrica, locomocin, potencia, entre otros. Por tanto, es necesario conocer los parmetros bsicos de funcionamiento con el fin de integrarlos convenientemente en aplicaciones industriales.

El motor de combustin interna es una mquina trmica en la que los productos de combustin del aire y un combustible generados dentro de una cmara de combustin, se constituyen como el fluido motriz de un elemento de trabajo (pistn) que se encuentra conectado a un eje principal, transmisor del movimiento y de la potencia generada a una aplicacin deseada.

El uso de equipos de laboratorio nos acerca a la idea de cmo es la vida de trabajo en la industria, muchas veces con los equipo no se tiene la perfeccin o la capacidad para realizar los trabajos, es as que en la LA UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA no se cuenta con un Laboratorio de Motores de Combustin Interna, lo que nos impulso la idea del presente trabajo.

A travs del estudio de modelos prcticos, el estudiante estar en posibilidad de analizar y estudiar el comportamiento y caractersticas de operacin de los motores de combustin interna.El objetivo principal de la presente tesis, es conocer en la prctica el proceso de funcionamiento de los motores de combustin interna, de esta forma los estudiantes tendrn una visin ms clara del trabajo estos equipos que son muy comunes en la industria.

Lo aprendido tericamente, es distante de lo que se pone en prctica, razn por la cual es de intuir, el ingenio puesto en el presente trabajo para comprender el comportamiento termodinmico y de los materiales los cuales se encuentran sometidos a condiciones que comprenden este proyecto y de esta manera poder garantizar un nivel de seguridad mayor que no ponga en riesgo el equipo y a sus operadores.

El uso de los equipo de laboratorio nos acerca a la idea de cmo es la vida de trabajo en la industria, muchas veces se deja de tener experiencias al no contar con ellos en el laboratorio, por lo que fue necesario pedir el apoyo de personas que realizan estos trabajos profesionalmente.

INDICEINTRODUCCIN

IANTECEDENTES

II.DISEO CONCEPTUAL

2.1CICLOS TRMICOS TERICOS

2.1.1Teorema de Carnot

2.1.2Ciclo de Otto terico

2.1.3Ciclo de Otto real

2.1.4Ciclo de Diesel terico

2.2TIPOS BSICOS DE COMBUSTIBLES

2.2.1Combustibles de motores de encendido por chispa

2.2.2Combustibles de motores de encendido por compresin

2.2.3 Desarrollo de la combustin

2.3TIPOS BSICOS DE MOTORES Y SU FUNCIONAMIENTO

2.3.1Motor de cuatro carreras encendido por chispa

2.3.2Motor de cuatro carreras encendido por compresin

2.3.3Control de velocidad y carga en motores encendidos por chispa

2.3.4Control de velocidad y carga en motores encendidos por compresin

2.3.5Motor de dos tiempos

2.3.6Motor Wankel

2.4PRUEBAS EN MOTORES2.4.1Potencia y rendimiento mecnico

2.4.2Par torsional (dinammetro)

2.4.3Presin media efectiva

2.4.4Consumo de combustible, consumo especfico de combustible y rendimiento trmico

2.4.5Consumo de aire

2.4.6Relaciones aire-combustible y combustible-aire

2.4.7Rendimiento volumtrico

2.4.8Tipos de pruebas

2.4.9Prueba de velocidad variable en motor encendido por chispa

2.4.10Prueba de velocidad variable en motor encendido por compresin

2.4.11Prueba de velocidad constante

2.5GOLPETEO EN LOS MOTORES ENCENDIDO POR CHISPA Y POR COMPRESIN

2.5.1Autoencendido en los motores encendido por chispa y por compresin

2.5.2El golpeteo y el motor encendido por chispa

2.5.3El golpeteo y el motor encendido por compresin

2.6CARBURACIN

2.6.1Principios de operacin del carburador

2.6.2Partes elementales de un carburador

2.6.3Funcionamiento de un carburador

2.6.4Relacin Aire/Combustible

2.7INYECCIN

2.7.1Sistemas de inyeccin en motores encendido por chispa

2.7.2Sistemas de inyeccin en motores encendido por compresin

2.8 SOBREALIMENTACIN

III.ESTRATEGIAS METODOLOGICAS

3.1MECANISMO DE ANLISIS

3.2INSTRUMENTOS

3.3PROCEDIMIENTO

IV.RESULTADOS

4.1EQUIPO DE PRCTICA PROPUESTO 4.2ESPACIO FSICO REQUERIDO

4.3SERVICIOS AUXILIARES REQUERIDOS

4.4PRCTICAS DE LABORATORIO PROPUESTAS

4.4.1. Prctica No. 1. Repaso General.

4.4.2. Prctica No. 2. Banco de pruebas de motores de automvil

4.4.3. Prctica No. 3. Encendido de motores

4.4.4Prctica No. 4. Medicin de Torque, consumo de aire y combustible, con el acelerador a fondo variando las r.p.m.

4.4.5Prctica No. 5. Medicin del Torque del motor manteniendo las r.p.m constantes y variando las posiciones del acelerador.

4.4.6 Prctica No. 6. Medicin de Torque y r.p.m con el acelerador abierto a fondo

4.4.7.Prctica No. 7. Anlisis de gases de escape

V.DISCUSIN

5.1.DISCUSIN Y ANLISIS DE EQUIPO PROPUESTO

5.2.CONCLUSIONES

5.3.RECOMENDACIONES

VI.REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

ANEXO 1.

PRECAUCIONES DE SEGURIDAD

ANEXO 2.

COMO REDACTAR UN INFORME DE UN ENSAYO DE LABORATORIO

ANEXO 3.

TABLAS DE EQUIPO PROPUESTO

ANEXO 4.

ILUSTRACIONES DE EQUIPO PROPUESTO

ANEXO 5. GLOSARIO

CAPITULO I

ANTECEDENTESANTECEDENTES

Desde el inicio del siglo XVIII hasta mediados del siglo XIX, el motor a vapor rein absoluto como la mejor invencin del hombre para producir fuerza til, en substitucin no slo de los animales, usados, por miles de aos, en la molienda, transporte e industria, sino tambin de la fuerza del viento, utilizada en el transporte martimo. La innovacin fue tan importante, que era exhibida, con orgullo, como smbolo del progreso y del avance econmico. Con la mquina a vapor, la navegacin comercial pas a ser ms rpidos y eficientes; el transporte ferroviario, popular; y la industrializacin, deseada por los ms diversos gobiernos. Hasta la fecha, al referirnos a la era industrial, surge la imagen del famoso fog londinense, cono del uso desenfrenado de motores a vapor y resultado de la mezcla de humo de carbn con vapor emitido por miles de calderas. Tambin conocido como mquina a vapor, este motor de combustin externa, inventado, en 1698, por el ingls Thomas Savery, usaba carbn o lea para calentar el agua contenida en un recipiente cerrado. Fue producido en diversos modelos y tamaos, pero siempre limitado al hecho de que la fuerza obtenida era directamente proporcional al tamao de la caldera que, cuanto mayor, ms calentamiento necesitaba. Por otro lado, para mantener la elevada temperatura, era necesario un constante suministro de la caldera con carbn o lea.

Debido a estas limitaciones, la mquina a vapor nunca consigui sustituir el uso de animales en el transporte individual, en el transporte colectivo urbano o incluso en el de carga de pequea distancia. Su aplicacin, a pesar de intensa, siempre se limit al uso como motor estacionario en la industria y en la agricultura o como motor mvil en humeantes locomotoras, barcos a vapor o navos. Experimentos en tractores o incluso en vehculos terrestres llegaron a ser hechos, pero esas aplicaciones fueron muy pocas y limitadas, cuando comparadas con las diversas utilizaciones mencionadas.

El primero motor de combustin interna fue inventado y construido por Jean Joseph tinne Lenoir. Ingeniero belga, nacido en 1822, en Luxemburgo, emigr para Francia en 1838, trabajando como camarero en Pars. En 1852, comenz a trabajar como mecnico. Seis aos despus, intent hacer funcionar su primer motor fijo de explosin, movido por una mezcla de gas de carbn y aire. Dos aos despus, en 1837, patent la llamada mquina de gas de Lenoir, el primer motor de aplicacin prctica de combustin interna, alimentado por gas de iluminacin y con ignicin promovida por una batera elctrica. Fueron fabricados alrededor de 400 de esos motores, principalmente para equipar tornos mecnicos y mquinas de impresin. A continuacin, Lenoir pens en utilizar el motor en un vehculo, transformando el movimiento rectilneo en movimiento de rotacin. En 1860, consigui ensamblar un triciclo motorizado, cuyo combustible era gas de hulla o petrleo liviano (proveniente de pizarra o alquitrn) vaporizado en un primitivo antepasado del carburador.

Mquina a vapor de Savery

Sin embargo, su vehculo fue un fracaso, porque el motor no haca la compresin de la mezcla de aire con combustible, y la potencia lleg a apenas 1,5 HP. Considerado el inventor del motor a explosin, muri en 1900, en Francia.

Motor de LenoirA pesar del fracaso de tinne Lenoir en usar el motor de combustin interna en un vehculo, la idea en s tuvo varios seguidores. Las ventajas de ese tipo de motor frente a los de combustin externa son enormes y numerosas. El aprovechamiento de la energa, al quemar el combustible en un ambiente cerrado, es mucho mayor. El uso de lquido vaporizado o de gas permite que la dilucin con el aire sea rpida y efectiva, aumentando la eficiencia. Utilizar la energa desprendida por la combustin del combustible directamente como energa mecnica, sin necesidad de utilizar la transformacin del agua lquida para vapor y despus para energa mecnica, hace que el aprovechamiento trmico sea muchas veces mayor y la relacin del tamao del motor con la potencia obtenida sea mucho ms favorable.

La combustin de combustible fluido en un ambiente cerrado facilita el control del proceso, permitiendo controlar el nmero de combustiones y, consecuentemente, el de ciclos del motor; permite, adems, que el inicio y el final del funcionamiento del motor puedan ser mejor controlados, y que la fuerza generada pueda ser dosificada.

La combinacin de todos estos factores hace que la aplicacin de un motor de combustin interna en un vehculo sea muy fcil, lo que no pas desapercibido por los mejores tecnlogos de fines del siglo XIX.

Una de esas personas entusiasmadas con la idea de emplear un motor de combustin interna en un vehculo con ruedas fue Nikolaus August Otto. Nacido en 1832, en Alemania, era un comerciante ambulante que recorra diversas ciudades de su pas y de pases vecinos vendiendo azcar, t y materiales de cocina. En un viaje a Pars, conoci el motor de combustin interna de tinne Lenoir y el esfuerzo del ingeniero francs para aplicarlo a un triciclo. A pesar del poco xito del pionero en la aplicacin vehicular, Otto crea que podra mejorar aquella invencin y comenz a hacer diversos experimentos. Por un feliz accidente, ese alemn descubri el valor de la compresin de la mezcla de combustible y aire, antes de quemar en la cmara de combustin, lo que aumentaba significativamente la fuerza generada. A partir de ah, la idea del ciclo de cuatro tiempos de movimiento del mbolo (o pistn) el Ciclo Otto naci. l construy su primer motor a gas en 1861 y form una sociedad con el industrial alemn Eugen Langen. Comenz su primera fbrica en Deutz, suburbio de Colonia, en Alemania, y all, con capital aumentado y personal especializado, gracias a premios conquistados en ferias de tecnologa, contrat los servicios y la capacidad tcnica de un seor llamado Gottlieb Daimler, que se convertira, poco tiempo despus, en una de las estrellas en el firmamento del automovilismo. Ms tarde, estableci otra fbrica en Filadelfia, EE.UU. Originariamente conocido como N.A. Otto & Cia, la empresa todava existe con el nombre de Deutz AG. A partir de 1876, incorporando tecnologa trada por Daimler y aplicando el concepto de los cuatro tiempos, comenz la construccin, a ritmo industrial, del nuevo motor de Otto. Su patente, con el nmero DRP 532, pas a ser la ms demandada del mundo y la patente-base del motor moderno.

Motor Otto

Gottlieb Daimler naci en 1834, tambin en Alemania. Despus de una temporada en Francia, donde adquiri experiencia en la construccin de mquinas, estudi en la Escuela Politcnica de Stuttgart. Hacia fines de 1863, comenz a trabajar como inspector en una fbrica de mquinas, donde conoci a Wilhelm Maybach. En 1872, comenz a trabajar en la Otto & Langen, donde conoci el Motor Otto de cuatro tiempos. Despus de divergencias con la direccin de la empresa, sali de la Deutz en 1882. Poco despus, compr una villa en Cannstatt, donde haba un invernadero en el jardn, que Daimler mand ampliar para montar un taller de pruebas, e invit a Maybach para trabajar con l.

La propuesta de Daimler era utilizar gasolina como combustible de los motores, montndolos en todos los vehculos posibles en tierra, en agua y aire. l utilizaba el principio Otto de cuatro tiempos, que, debido al complicado mecanismo de ignicin, no permita grandes rotaciones. Despus de intensivos tests, Daimler resolvi patentar un motor con sistema de ignicin por calentamiento elctrico, controlado por una resistencia. Dicha patente fue una obra maestra del arte de la formulacin, porque contena los principios de cuatro tiempos del Motor Otto y se transform en una gran disputa judicial de patentes con la Deutz. Sin embargo, la Corte Federal acept la argumentacin de Daimler de tecnologa propia y, as, hacia fines de 1883, funcion el primer motor de pruebas, fundido por una fbrica de campanas. Gracias a la ignicin incandescente y a la vlvula de descarga, el motor lleg a 600 rotaciones por minuto, lo que superaba a cualquier motor construido hasta aquel entonces. El siguiente motor recibi el nombre de Standuhr (reloj de pie) y su rendimiento, en 1884, era de 1HP. Con esa construccin, con gran economa de peso y altamente compacto, Daimler y Maybach haban llegado a la condicin bsica para conseguir montarlo en un vehculo.

El primer test fue hecho con una motocicleta con estructura de madera. El motor de un cilindro fue montado debajo del asiento del conductor. Al comienzo de 1886, Daimler encarg un carruaje, fabricado en Hamburgo y montado en Stuttgart.

Secretamente, el vehculo fue entregado en la noche del 28 de agosto como un regalo para la seora Daimler. El motor, que ellos montaron cerca de la direccin giratoria, tena 1,5 HP y fue montado de acuerdo con el modelo del reloj de pie. La transmisin de potencia era ejecutada por correas. El extrao carruaje motorizado, por lo tanto, fue el primer automvil de cuatro ruedas del mundo.

La adecuacin entre motores y combustibles fue uno de los factores de gran importancia en la evolucin y afirmacin de mercado del motor de combustin interna. En los proyectos pioneros, el combustible usado era el gas de iluminacin. La abundante disponibilidad, generada gracias a los sistemas de iluminacin pblica de la poca, hizo del gas un combustible muy adecuado para aplicaciones en motores estacionarios. Sin embargo, las caractersticas del motor a explosin de bajo peso eran muy atractivas para vehculos de pequeo porte que sirvieran para el transporte individual. El uso del gas de iluminacin como combustible se volvi, as, inadecuado.

1 automvil de Daimler

No obstante, la visin de la oportunidad de colocar motores a explosin en vehculos livianos hizo que varios inventores se pusieran a trabajar en el desarrollo de sistemas para adecuar el motor de combustin interna a los combustibles lquidos. La mayor densidad energtica y la mayor facilidad de transporte ponan en evidencia las ventajas del uso de ese tipo de combustible en pequeos vehculos.

El descubrimiento de pozos de petrleo, alrededor de 1854, en los EE.UU. con buenas reservas y relativa facilidad de explotacin, era otro factor motivador para este desarrollo.

John D. Rockefeller, americano nacido en 1839, fue uno de los primeros visionarios que se dio cuenta de la importancia comercial que los derivados del petrleo tendran como combustible lquido para los vehculos motorizados que estaban surgiendo. Con 22 aos y teniendo apenas una formacin escolar bsica, adquiri una pequea empresa con la cual pas a formar parte del sector de la refinacin, transporte y venta de productos petrolferos. En 1863, fund su primera refinera.

La segunda comenz a funcionar en 1866. Rpidamente, asegur el monopolio del negocio, construyendo los propios oleoductos, comprando numerosas empresas, creando redes de distribucin y utilizando mtodos rpidos de negociacin.

En 1879, su empresa, la Standard Oil Company controlaba el 95% del mercado del petrleo. Sin embargo, sus esfuerzos para insertarse en el mundo de la poltica fueron mal recibidos y, en 1892, con la Ley Antitruste, su empresa tuvo que ser dividida en empresas menores, de las cuales Rockefeller detentaba solamente una participacin minoritaria. Ese industrial personific el modelo del gran capitalista, manteniendo un estilo de vida puritano e invirtiendo sus lucros en el mecenazgo artstico y cientfico.

Siegfried Marcus, austraco, es considerado el inventor del carburador, pieza esencial para la utilizacin de combustibles lquidos en motores de combustin interna. Debido a la dificultad de promover una buena mezcla del lquido con aire, dicha invencin represent un enorme avance en la utilizacin de la gasolina como combustible. La consolidacin final del motor a gasolina ocurri tan solo en 1883, con el trabajo de Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach, quienes construyeron un carburador de funcionamiento convincente y lo asociaron con un sistema de ignicin tambin desarrollado por ellos. El resultado obtenido fue un gran salto en la evolucin de los motores de combustin interna.

El de Daimler llegaba a 900 RPM, mientras que los que utilizaban gas apenas llegaban a las 200 rotaciones. De esa manera, se consigui la unin del motor de combustin con los derivados de petrleo, al mismo tiempo en que se creaban las condiciones necesarias para el desarrollo del automvil.

Automvil de Marcus

En la misma poca, Rudolf Diesel, ingeniero de nacionalidad alemana, aunque nacido en Pars, en 1858, busc desarrollar un motor de combustin interna que tuviese el mayor rendimiento posible. Utiliz, para eso, una configuracin mecnica similar a la de Otto: ciclo de cuatro tiempos y mecanismos de vlvulas de admisin y escape. Sin embargo, en el motor de Diesel, la combustin era provocada por la inyeccin de combustible en la cmara de combustin, al final de la fase de compresin. La temperatura elevada del aire en el cilindro, a causa de la alta compresin a la que era sometido, provocaba la auto combustin del combustible inyectado. La idea no era original, pero Diesel fue el primero que concibi un motor prctico y de alto rendimiento, que fue patentado en 1892.

Motor diesel

El rendimiento trmico alcanzado por este motor llegaba al triple de la mquina a vapor y ms de una vez y media el de los motores a gasolina de aquella poca. Tal como fue concebido, el motor diesel tena caractersticas que lo hacan apropiado para aplicaciones pesadas y, desde luego, fue visto como un fuerte sucesor del motor a vapor. En comparacin con el motor a gasolina, consegua destacarse en las instalaciones de gran porte, pero era demasiado pesado para competir en el transporte carretero y en aplicaciones livianas.

De cierta forma, los dos tipos de motor de combustin interna, el Diesel y el Otto, se volvieron complementarias para una gran franja de aplicaciones, cada cual dominando un segmento diferente. El binomio liviano-econmico sera el parmetro de mayor peso en la eleccin. Adems de las ventajas singulares de cada uno, un factor importante ayudara a mantener el equilibrio en esta dicotoma: los dos haban pasado a beber en la misma fuente, el petrleo.

Como el petrleo diesel y la gasolina son obtenidos por destilacin fraccionada del petrleo, la oferta de uno estaba vinculada al consumo del otro. Dicha simbiosis hizo que los dos encontrasen el equilibrio en la disputa y continuasen evolucionando en aplicaciones cada vez ms diversas, al mismo tiempo en que, en la prctica, terminaban con el dominio de la mquina a vapor. El nuevo reinado de las mquinas trmicas estaba dividido entre los motores del ciclo Otto y los del ciclo Diesel.

Sin embargo, dicho predominio sera accesible apenas para pocas personas multimillonarias, si no fuera por el espritu emprendedor del americano Henry Ford. Nacido en 1863, en el Norte de los Estados Unidos, este ingeniero entendi que el automvil podra ser interesante para todos, en el caso de que pudiese ser adquirido a un precio razonable. Para tener un producto ms barato, Ford invent la famosa lnea de montaje, en la cual las diversas etapas de fabricacin fueron distribuidas a lo largo de una cinta rodante y cada empleado qued encargado de acoplar un componente estandarizado.

La idea era evitar que hubiera dudas y prdida de tiempo de los funcionarios durante la construccin de los vehculos.

Lanzado en 1908, costando 850 dlares por unidad, el Modelo Ford T fue un xito. Fueron vendidos 15 millones de unidades en alrededor de 20 aos. Al contrario de los ofrecidos por otros fabricantes, los vehculos producidos por Ford no eran juguetes casi artesanales para ser exhibidos por los ricos. Era un bien producido en serie, para ser usado todos los das por ciudadanos comunes. A pesar de ser un empresario genial, Henry Ford era un psimo administrador: le gustaba la fbrica, y no la oficina. No tena paciencia para balances, detestaba a los banqueros y siempre mantena dinero en efectivo en el cofre. Tampoco era muy bueno en materia de marketing, porque, durante 19 aos, produjo solamente el Modelo T negro.

Ford T 1908

Justamente, uno de los slogans de la campaa de ventas era exactamente este; usted puede tener el Ford que quiera, desde que sea de color negro. No fue sino hasta 1927, que Ford lanz el Modelo A con ms colores, pero, a aquella altura de los acontecimientos, ya estaba siendo superado por la General Motors.

Con el avance de Ford y de sus incontables competidores, proveedores de piezas, revendedores, talleres de reparaciones, gasolineras y carreteras se multiplicaron. Con el automvil, las personas pudieron viajar ms y vivir lejos de las reas centrales. La contaminacin, los ruidos, los accidentes y los congestionamientos substituyeron a otros problemas urbanos y se asociaron, a partir de ah, a la imagen de urbanizacin y desarrollo.

As, al comienzo del siglo XX, mediante la introduccin de los conceptos trados por Henry Ford de lnea de montaje y de produccin en serie, la industria automovilstica comenz a crecer enormemente, no slo en los Estados Unidos sino tambin en Inglaterra, Alemania, Italia y Francia. En 1919, ya se contabilizaba el increble nmero de 186 fabricantes de vehculos automotores en el mundo, lo que permiti la produccin de 11 millones de unidades apenas en aquel ao.

La eclosin de la Primera Guerra Mundial en Europa aport dos aspectos importantsimos para el sector. De un lado, vino a frenar la expansin que dicha industria estaba teniendo en trminos de crecimiento de volumen de produccin, principalmente en Europa. Por otro, gracias a los esfuerzos de guerra y a la diseminacin del uso del motor de combustin interna, alimentado por combustibles derivados del petrleo, en automviles y camiones de usos militares, as como en motocicletas, aviones, barcos, navos y cualquier cosa que se moviese, posibilit enormes avances tecnolgicos que permitieron aumentar su eficiencia y rendimiento, disminuir su tamao y disminuir su costo.

Durante el periodo que transcurre entre la Primera y la Segunda Guerra Mundial, el nmero de fabricantes de vehculos disminuy, pero la cantidad de fusiones e incorporaciones fortaleci a las empresas remanecientes, que, adoptando tecnologas ms avanzadas, volvieron a producir a gran escala, popularizando, todava ms, el uso del automvil y llevando dicho producto a todos rincones del planeta. Intensamente divulgado por la industria cinematogrfica, el uso individual del automvil se consolid en todos los continentes y pases, transformando a las ciudades, abriendo carreteras e incentivando la prospeccin de petrleo, la construccin de refineras y la distribucin de derivados.

Cuando estall la Segunda Guerra Mundial, el automvil y sus congneres ya se encontraban presentes en el mundo entero, siendo tambin significativa la demanda de combustible, componentes y piezas de mantenimiento. Debido a las dificultades de transporte y al racionamiento, la interrupcin del suministro de estos productos en pases que no los producan se convirti en un serio problema, llevando a la busca de combustibles alternativos y al surgimiento de un nuevo tipo de industria, la de produccin de piezas no originales, que, ms tarde, fue el embrin de nuevos parques de produccin de vehculos en pases de Asia, Oceana y Amrica del Sur, los cuales, hasta entonces, no haban tenido produccin local.

Con el final de la guerra, los esfuerzos de restablecimiento econmico de los pases afectados, la posicin de Estados Unidos como nueva potencia mundial y los planes de reconstruccin de los pases derrotados, la industria automovilstica vivi su apogeo. El parque industrial automovilstico se internacionaliz. Fbricas de automviles, camiones y auto piezas fueron implantadas en decenas de pases, y la flota mundial de vehculos lleg a los 200 millones de unidades en 1960.

Consecuentemente, en la medida en que todos esos vehculos eran movidos a gasolina o diesel, el consumo de petrleo lleg a los 8 millones de barriles al da en aquel ao, con un precio promedio, en valores de la poca, de aproximadamente 2 dlares por barril. Era muy barato lo que se pagaba por el combustible usado en esos vehculos maravillosos, que representaban status, libertad y progreso.

Sin embargo, todava en la dcada de 1960, las primeras seales de que no todo iba a las mil maravillas con los automviles movidos a derivados de petrleo comenzaron a surgir. Problemas crnicos de visibilidad en 1962, en la aproximacin para el aterrizaje de aviones en el aeropuerto de Los Angeles, EE.UU., llevaron al descubrimiento de la enorme complejidad de la cuestin de la contaminacin causada por la emisin de los gases producidos por los vehculos automotores en las regiones urbanas densamente pobladas. Cuando se estudiaron las causas de ese fenmeno, se constat que el dao ocasionado por la combustin de los combustibles vehiculares iba mucho ms all de la simple emisin de monxido de carbono (CO), hasta entonces considerado como peligroso por las muertes de conductores incautos en garajes cerrados, donde el motor del vehculo era calentado antes de salir. Se descubri la compleja serie de reacciones qumicas entre los xidos de nitrgeno (NOx) y los hidrocarburos (HC) emitidos por los vehculos. En presencia de la energa suministrada por la luz ultravioleta solar, se forman diversos compuestos qumicos capaces de afectar seriamente la salud de hombres, de animales e incluso de plantas. Este fue el inicio de la enorme preocupacin con la contaminacin urbana causada por los vehculos, lo que, a continuacin, llev a la adopcin de reglamentacin de control de las emisiones de gases, iniciada en California, extendida a todos los EE.UU. y, ms tarde, adoptada por decenas de otros pases. Incluso con algunas diferencias de procedimientos de medicin, de lmites permitidos o de contaminantes reglamentados, todos los pases desarrollados del mundo adoptan, actualmente, restricciones a la contaminacin vehicular, incluyendo la contaminacin sonora.

Los conflictos en Oriente Medio, iniciados con la Guerra de Suez (1956) y profundamente agravados con la Guerra de los Seis Das (1967), fueron las primeras seales de alarma que los pases consumidores de petrleo sintieron con relacin a la grave posibilidad de escasez de petrleo y aumento de precio, hacindolos reflexionar sobre su dependencia con relacin a esta fuente de energa.

Por otro lado, los pases productores de petrleo de la regin en conflicto rpidamente sintieron que tenan en sus manos una valiossima moneda de trueque, para imponer sus intereses polticos frente a la comunidad econmica internacional. En aquella poca, detentaban ms del 70% del comercio mundial de petrleo, ya que: la produccin americana era insuficiente para satisfacer a su propia demanda; el petrleo del Atlntico Norte era carsimo, debido a la extraccin en aguas profundas; Rusia, Estado jefe de la Unin Sovitica, no comercializaba su petrleo con los pases del occidente en razn de la guerra fra; Mjico y Venezuela estaban satisfechos con poder suplir parte de la carencia productiva americana; y otros pases productores eran muy poco relevantes en el comercio de petrleo existente. Los pases del Oriente Medio, en este contexto, percibieron que tenan en sus manos el suministro de Europa Occidental, Asia, Oceana y gran parte de las Amricas. Asumiendo posiciones de peso en la Organizacin de los Pases Exportadores de Petrleo (OPEP), una entidad internacional que hasta aquel entonces haba sido inexpresiva, dichos pases consiguieron encuadrar a los pases productores en regmenes de cuotas de produccin y de fijacin conjunta de precios. Los resultados de esta unin estratgica fueron rpidamente perceptibles. En 1973, en respuesta al apoyo internacional dado a Israel en la guerra del Yom Kippur, el mundo fue sometido a lo que fue conocido como Primer Choque del Petrleo. En conjunto, los pases exportadores cortaron el volumen de produccin y elevaron el precio del petrleo a valores absurdamente altos. En tres meses, el barril, en valores de la poca, pas de US$ 2,90 a US$ 11,65. Estas medidas desestabilizaron a la economa mundial y provocaron una severa recesin en EE.UU. y en Europa, con gran repercusin internacional. Dueos de dos tercios de las reservas de petrleo del mundo, pases como Arabia Saudita, Irn, Irak y Kuwait controlaron el volumen de produccin y el precio del producto.

El Segundo Choque del Petrleo se produjo, en 1979, ocasionado por la revolucin iran que derroc a Reza Pahlevi e instal una repblica islmica. La produccin de petrleo del pas fue gravemente afectada, y la nacin no consigui satisfacer ni siquiera sus necesidades internas. Irn, que era el segundo exportador de la OPEP, atrs solamente de Arabia Saudita, qued prcticamente fuera del mercado. Con la disminucin de la oferta, el precio del barril de petrleo lleg a niveles rcordes y agrav la recesin econmica mundial al comienzo de la dcada de los 80. Con excepcin de los pases de la Cortina de Hierro (Unin Sovitica y aliados), que disponan del abundante petrleo ruso, todas los dems, tanto desarrollados como en vas de desarrollo, fueron gravemente afectados por el impacto del choque. El nivel de precio del petrleo alcanzado despus de dos choques y por la accin conjunta de los pases productores agrupados en la OPEP provoc, sin embargo, consecuencias no esperadas. Presionados por los altos precios, los pases productores salieron a la bsqueda de nuevos proveedores o retomaron la extraccin en cuencas petrolferas conocidas, pero que, hasta aquel entonces, eran consideradas inviables econmicamente. La extraccin en aguas profundas, en el Mar del Norte, en el Golfo de Mxico, en el Caribe y en la costa de Brasil, y la extraccin terrestre, en frica, en Alaska y en Amrica del Sur, fueron retomadas y provocaron un considerable aumento de la oferta de petrleo. Por otro lado, pas a ser indiscutible, para la comunidad internacional, que el uso exclusivo de petrleo como materia prima para la produccin de combustibles vehiculares precisaba ser repensado. Diversos experimentos comenzaron a ser hechos en varios pases. Metanol, etanol, leos vegetales, gas natural, MTBE, ETBE, FAME, FAEE, DME y otras sustancias comenzaron a ser mencionadasy experimentadas.

Sin embargo, el aspecto ms grave del uso intensivo de combustibles derivados del petrleo - no solamente en el uso vehicular sino tambin en la extensa gama de utilizacin que el petrleo y el carbn mineral tienen - fue la constatacin de que los gases generados por su combustin estn directamente relacionados con el surgimiento del grave problema del calentamiento global. Desde la dcada de 1970, este tema ya estaba siendo sealado por diversos cientficos, pero, en la dcada de 1990, se lleg a la conviccin de la urgente necesidad de alteracin de la matriz energtica mundial, para enfrentar el problema.

En pocas palabras, se constat que la combustin del petrleo y del carbn mineral hace que la sustancia carbono, que forma dichos productos y est depositada en las profundidades de la tierra, reaccione con el oxgeno de la atmsfera y forme el gas anhdrido carbnico (CO2). Esta sustancia, que es inerte, no txica, tambin es expelida por la respiracin de los seres vivos. En condiciones naturales, sera absorbido por la propia naturaleza. Pero, dada la elevadsima cantidad emitida por la accin del hombre, est acumulndose en la atmsfera a un ritmo mayor que la capacidad de absorcin natural, creando una capa que dificulta la reflexin de la luz solar incidente, aumentando la temperatura de la superficie, provocando un fenmeno conocido como efecto invernadero.

Si no se acta para impedir el calentamiento global, las consecuencias sern trgicas, ya que la propia vida humana est en riesgo.

Adems de los problemas ya sealados relacionados con la contaminacin urbana, aumento de costo, inseguridad de suministro y calentamiento global, el uso intensivo del petrleo tiene un agravante ms: en la medida en que es un recurso finito, la cantidad disponible est disminuyendo. El consumo mundial actual de petrleo es del orden de los 85 millones de barriles al da, habiendo reservas estimadas de 1,4 trillones de barriles. Mantenida dicha situacin, tendremos petrleo disponible solamente 45 aos ms. Esta no es una cuestin de fcil de resolver.

Actualmente, la flota mundial de vehculos se acerca a la fantstica cifra de mil millones de unidades. Hay mil millones de automviles, furgones, camionetas, pick-ups, camiones y mnibus circulando por todos los pases del planeta. Hay mil millones de vehculos dotados de motor de combustin interna, del tipo Otto o del tipo Diesel, consumiendo gasolina, gas natural o diesel. A diario, ms de 165 mil vehculos son producidos y aadidos a dicha flota, lo que significa dos vehculos ms por segundo. Son 18 mil millones de pasajeros y 30 mil millones de toneladas de carga transportados al da por vehculos automotores carreteros. Cmo cambiar esta situacin? Cmo sustituir esa flota? Cmo sustituir al combustible que mueve dicha flota? Y, sustituirlo utilizando qu?

Diversos estudios en marcha sealan en direccin a un mismo camino, que es el de la substitucin del motor de combustin interna por el motor elctrico, que es eficiente, silencioso, potente, no emite contaminantes y es tecnolgicamente simple. Sin embargo, existen dos cuestiones que todava no han sido resueltas; cmo generar la energa elctrica para hacer funcionar el motor de modo seguro y no contaminante y cmo llevar la energa a bordo en cantidad suficiente para que el vehculo tenga una buena autonoma. Generar energa de modo seguro y no contaminante pasa por el anlisis de los riesgos que implican plantas nucleares o trmicas, y llevar cantidad suficiente de energa a bordo significa cualquier cosa que no sea la contaminante batera a base de plomo o de otros metales pesados. Actualmente, se considera que el medio ms adecuado de generar la energa elctrica sera mediante el intercambio inico obtenida en el pasaje de hidrgeno por un conjunto de membranas electrolticas (la llamada celda de combustible o fuel cell), con un reformador cataltico que pueda sacar el hidrgeno de una sustancia rica en este gas - tal como el gas natural (rico en metano) - o, preferentemente, de un lquido - tal como un alcohol (metanol o etanol) , ms fcil de abastecer y transportar. Debido a su explosividad y bajsima densidad, se intenta evitar el trastorno de tener que transportar el propio gas hidrgeno en cilindros en el vehculo.

Estas preguntas no tienen respuestas fciles. Centenares de investigadores llevan dos dcadas trabajando en el concepto de vehculo elctrico + celda de combustible y los resultados obtenidos todava son insignificantes. El conjunto, cuando es comparado con los vehculos convencionales dotados de motor de combustin interna, todava tiene poca autonoma, el rendimiento es bajo, la capacidad de carga es pequea, la tecnologa es compleja y el resultado es demasiado caro para produccin en serie. A pesar de que varios prototipos ya han sido presentados, ningn fabricante de vehculos pas a ofertar dicha tecnologa en algn modelo de produccin en serie.

Todo lo que se vio, hasta ahora, en direccin a la utilizacin comercial de los motores elctricos, sin considerar a los vehculos para trabajo especiales (carritos de golf y flotas privadas, por ejemplo) o para trabajo en recintos cerrados (mquinas para empilar y tractores, por ejemplo). Fue el surgimiento de los llamados vehculos hbridos dotados de dos motores, uno de combustin interna y otro elctrico, cuyo uso combinado permite el accionamiento elctrico mientras el motor convencional reabastece las bateras. Las primeras motorizaciones hbridas fueron usadas en vehculos pesados (mnibus, camiones de recoleccin de basura, etc.) y eran formadas por dos motores distintos. Ms recientemente, han aparecido vehculos hbridos livianos, en los cuales los dos conceptos son combinados en un nico motor, lo que permite que el conjunto sea mucho ms compacto y eficiente. Sin embargo, todava se trata de una tecnologa compleja y cara, lo que limita su comercializacin a pocas unidades y a pases con alto poder adquisitivo.

Pero no restan dudas de que, en el futuro, todos los vehculos terrestres dejarn de utilizar motores de combustin interna y sern elctricos. Las nicas dudas son; cunto tiempo eso todava llevar y qu hacer en ese nterin.

Brasil adopt un camino propio y, hoy, cosecha buenos frutos.

Anualmente, la industria automovilstica brasilea produce para el mercado interno alrededor de 1,5 milln de vehculos livianos que son dotados de motores de combustin interna, como los de los otros pases, pero que estn adaptados para quemar etanol puro o una gasolina mezclada con el 20 al 25% de etanol. As, a pesar de estar fabricando vehculos convencionales, en realidad, estamos creando una flota ms independiente de la necesidad de petrleo, lo que ha permitido al pas, adems de hacer significante economa de divisas, prepararse mejor para el futuro. Mientras la comunidad cientfica internacional trabaja para desarrollar y producir el vehculo del futuro, Brasil est invirtiendo en el uso de combustibles derivados de la biomasa. Esta posicin favorable no fue lograda sin esfuerzo ni de inmediato. Hace treinta aos, frente a una situacin internacional de fuerte reduccin de la oferta de petrleo, se opto por llevar a cabo una alteracin profunda de la matriz energtica y, desde entonces, incluso con la alternancia de momentos positivos y negativos, frente a escenarios prometedores y a otros ni tanto, investigadores, productores de alcohol, industria automovilstica, de componentes etc. estn trabajando para llegar a la posicin actual.

La introduccin del alcohol etlico (etanol) en la matriz energtica, de modo responsable, estandarizado, coherente y sistemtico, comenz durante los aos 70, a travs del Pro-alcohol I (Decreto Federal n 76.593, 1975) y del Pro-alcohol II (Decreto Federal n 83.700, 1979). Pero, antes de esto, desde el inicio del siglo XX, dado que el etanol es un subproducto de la produccin de azcar, la mezcla con la gasolina ya se haca, siendo que, durante la 2 Guerra Mundial, a causa de la dificultad de importacin y al racionamiento, la mezcla de alcohol en la gasolina se intensific, produciendo buenos resultados.

La industria automovilstica brasilea, con el advenimiento del Pro-alcohol, comenz a trabajar en el desarrollo de una tecnologa apropiada para el nuevo combustible. Como no haba experiencia internacional de uso del etanol, las montadoras decidieron hacer en Brasil el desarrollo, lo que fue, indiscutiblemente, un gran incentivo para el crecimiento de una ingeniera automotriz nacional.

Con apoyo de sectores del gobierno federal y de los estados, de diversos institutos y centros de estudio, de diversas facultades, de empresas proveedoras de piezas y componentes y de los propios productores de combustibles, las montadoras consiguieron, en poco tiempo, modificar los vehculos a gasolina para una gasolina con alto tenor de etanol (20 a 25%) y proyectar motores y vehculos aptos para utilizar el 100% de alcohol combustible, evitando las dificultades referentes a la corrosin de materiales, al ataque a materiales plsticos y gomas, a la dificultad de partida del motor en das fros, a la prdida de dirigibilidad y al consumo de combustible exagerado.

Despus de varios aos de xito, con ms de cinco millones de vehculos a alcohol producidos en el periodo de 1979 a 1993, siendo que, en 1986, las ventas de 700 mil unidades significaron el 89% del total de vehculos livianos comercializados, el inters de los consumidores por dicho combustible disminuy.

En 1995, fueron vendidos menos de 50 mil unidades y, en 1997, fueron responsables de apenas el 0,1% de las ventas totales de vehculos livianos.

No hubo una causa nica. Varios factores provocaron el desinters del consumidor en el vehculo con etanol: el precio internacional del petrleo disminuy, permitiendo una reduccin de los precios de los derivados; el precio internacional del azcar aument, llevando a los productores a preferir producir azcar para exportacin; el gobierno brasileo pas a incentivar la produccin de los vehculos populares, sin crear exenciones para que el motor fuera impulsado por etanol, llevando a las montadoras a lanzar solamente vehculos a gasolina.

Sin embargo, el lanzamiento de los vehculos flexibles, en marzo del 2003, fue un marco histrico y un punto de inflexin en el mercado de combustibles alternativos de nuestro pas.

Con el lanzamiento de los vehculos flex-fuel, popularmente llamados de bicombustibles, la industria automovilstica brasilea produjo, en cuatro aos, desde marzo del 2003 hasta marzo del 2007, 3 millones de vehculos flexibles. Actualmente, nueve fabricantes estn ofreciendo ms de 60 modelos de vehculos flex en el mercado brasileo, con precio equivalente a los de los vehculos similares convencionales.

En realidad, los vehculos flex-fuel no fueron inventados en Brasil. Los primeros vehculos con tecnologa para ser abastecidos con combustibles diversos fueron presentados en los Estados Unidos, en la dcada de 1980. Sin embargo, la tecnologa usada por los fabricantes americanos est basada en un censor de identificacin, que analiza cual es el combustible que est siendo usado e informa a la computadora de bordo, que ajusta el sistema de inyeccin y el sistema de ignicin para las mejores condiciones de combustin de ese combustible. A pesar de ser eficiente, esa tecnologa es cara, complicada y totalmente dependiente de la vida til del censor de identificacin. En los Estados Unidos, dicho concepto tecnolgico fue aceptado solamente debido al inters de los fabricantes en ofrecer vehculos que funcionan con combustible alternativo, para poder aprovechar exoneraciones tributarias.

Dado que el mercado brasileo de automviles es dominado por vehculos compactos y de bajo costo, es impensable adoptar la cara tecnologa flex-fuel americana en el pas.

Por lo tanto, cuando las montadoras nacionales comenzaron a discutir la posibilidad de lanzar localmente ese modelo de vehculo, la condicin previa fue que se desarrollase un nuevo concepto que evitara el uso del censor de identificacin de combustible.

En este punto, la creatividad brasilea y la enorme experiencia adquirida despus de 25 aos produciendo vehculos que funcionan con alcohol se manifestaron.

Basndose en las diferencias existentes en dos de las caractersticas fsico-qumicas del alcohol y de la gasolina (octanaje y relacin estequiomtrica) y utilizando los mismos diversos sensores funcionales que todos los vehculos modernos ya tienen (sensores de presin y temperatura del aire, de flujo del combustible, de carga, rotacin y de detonacin del motor y de oxgeno del gas de escape), los ingenieros brasileos desarrollaron un sistema flex-fuel completamente nuevo. Por el sistema brasileo, el combustible es primero quemado en la cmara de combustin. Una fraccin de segundo despus, evaluando las consecuencias de esa combustin a travs de sensores y comparndolas con un base de datos existente en la memoria de la computadora de bordo, ya es posible identificarlo y ajustar el motor, sin necesidad del censor de identificacin de combustible. De ese modo, es posible llegar a un vehculo flexfuel por el mismo precio de un vehculo cuyo motor funciona con alcohol, que nosotros ya sabamos hacer tan bien.

Motor Flex

Fue gracias a la aceptacin de estos vehculos y al precio competitivo frente a la gasolina que la produccin brasilea de alcohol, que estaba disminuyendo un 11% al ao, tom un violento impulso y pas a crecer ms del 10% al ao.

1 vehculo flex brasileo

La expresin combustibles renovables es usada para definir los combustibles fabricados a partir de productos agrcolas o de la fermentacin de materia orgnica. Al contrario del fsil (petrleo o gas natural) cuyas reservas son finitas, el combustible renovable siempre podr ser producido por el hombre, de acuerdo con sus necesidades. Basta plantar o fermentar.

SUBTTULO:

1) Reservatorio de gasolina para arranques en fro

2) Canister

3) Bomba elctrica de combustible

4) Vlvula solenoide

5) Vlvula de purga del canister

6) Buja de ignicin

7) Rel

8) Cuerpo de mariposa

9) Bobina10) Sonda lambda11) Pre-catalizador

12) Mdulo de control

13) Censor de presin/temperatura del aire

14) Mdulo de bomba de combustible en tanque

15) Galera de combustible/vlvula de inyeccin

16) Censor de rotacin

17) Censor de detonacin

18) Censor de fase

Esquema del motor flex

Tambin, hay otra particularidad que otorga un nuevo significado a la expresin renovable y que indica que los combustibles renovables son una salvadora solucin para el calentamiento global. Es el hecho de que el gas CO2, emitido por la combustin de cualquier combustible y principal causa del calentamiento atmosfrico, es reabsorbido por fotosntesis por las plantas usadas para producir los combustibles renovables, permitiendo que su utilizacin sea considerada neutra. As, el CO2 emitido en la combustin se renueva, sin agredir al ambiente.

Por estas caractersticas de facilidad de uso en tecnologas vehiculares existentes, para substitucin del moribundo y caro petrleo y reduccin del impacto ambiental, es que los combustibles renovables producidos a partir de la biomasa han conquistado espacio y han incentivado a otros pases a interesarse en su aplicacin.

Del mismo modo en que existen pases interesados en utilizar los combustibles renovables, tambin existen pases interesados en su produccin para exportacin, ya que, por razones climticas y geogrficas, tienen una vocacin agrcola y encaran dicha produccin como una oportunidad econmica.

Por lo tanto, es posible imaginar el surgimiento de un mercado internacional de combustibles renovables brevemente, creando alternativas socioeconmicas para muchos pases y alternativas energticas para otros, por lo menos hasta que se desarrolle un nuevo concepto de vehculo ms limpio, accesible, confiable, para ser producido en gran escala y sustituir a los actuales automviles con motor de combustin interna.

CAPITULO II

DISEO CONCEPTUAL

2.1CICLOS TRMICOS TERICOS

2.1.1Teorema de Carnot

En los prrafos que se plantea el estudio del segundo principio bajo la ptica clsica (es decir centrada en la mquina). La formulacin del segundo principio parte del siguiente postulado bsico, respetando la formulacin histrica): "No es posible construir una mquina cclica y motriz que solo haga subir un peso y enfriar una fuente nica de calor". (Obert, 1998)

Este enunciado amerita algunas aclaraciones: En resumen dice que no es posible construir una mquina motriz cclica que funcione con una fuente nica de calor. Esto implica (y de hecho es as) que si se puede construir una mquina motriz no cclica que opere con una fuente nica de calor.

Un buen ejemplo es el caso de una expansin isotrmica en un cilindro. En este caso se usa la atmsfera como fuente de calor y s sera posible hacerlo. El que no exista la limitacin del segundo principio para los procesos no cclicos abre muchas perspectivas en cuanto a forma muy eficiente de hacer cosas.

Si no es posible construir una mquina cclica motriz que opere con una fuente nica de calor, entonces ser posible si opera entre 2 fuentes de calor (de hecho as es), una fuente caliente y una fuente fra. El sentido de los intercambios trmicos es el siguiente:

Sea S1 una fuente de calor a T1 y S2 una segunda fuente a T2. Adems T1 >T2. Sea M una mquina trmica cclica motriz que intercambia la cantidad de calor Q1 con S1 y Q2 con S2. La mquina M genera la cantidad de trabajo W (W es >0, es decir la mquina entrega trabajo al exterior). Los signos de Q1 y Q2 podran ser:

Q1 y Q2 < 0

Q1 > 0 y Q2 > 0

Q1 < 0 y Q2 < 0

Q1 >0 y Q2 < 0 (Obert, 1998)

Por consiguiente se puede enunciar:

"La mquina trmica cclica motriz ms sencilla que se puede construir opera entre dos fuentes de calor. Absorbe calor de la fuente caliente y entrega calor a la fuente fra". Fuente: Motores de Combustin Interna (Obert, 1998)

Se define como rendimiento () de una mquina motriz el cociente entre el trabajo obtenido y el calor absorbido de la fuente caliente, es decir: (Obert, 1998)El trabajo W es la energa transferida a travs de los lmites del sistema, debido a una considerable diferencia de una propiedad distinta de la temperatura (generalmente por cambios de presin), que existe entre el sistema y los alrededores.

El calor Q es energa transferida a travs de los lmites de un sistema debido a la diferencia de temperaturas entre l y los alrededores.

En principio, se podra pensar que el rendimiento mximo obtenible es funcin del ciclo empleado, del fluido de trabajo u otras propiedades tcnicas. Sin embargo esto no es as, el rendimiento del ciclo es solo funcin de la Temperatura absoluta de las fuentes.

Por lo tanto se puede enunciar: "Todas las mquinas cclicas, motrices y reversibles que operan entre las mismas dos fuentes de calor tienen el mismo rendimiento. Este rendimiento es un mximo en el sentido de que si la mquina es cclica, motriz y no reversible, su rendimiento ser inferior" (Obert, 1998).

La percepcin de Carnot fue sumamente poderosa, pues implic que el mximo rendimiento posible de obtener de una mquina no es funcin de la mquina, ciclo o fluido de trabajo empleado, solamente depende de la temperatura termodinmica de las fuentes de calor utilizadas (Cengel, 1996).

2.1.2Ciclo de Otto terico

El motor otto de cuatro tiempos cuyo ciclo mecnico se completa con 4 carreras del mbolo y dos revoluciones del cigeal en teora sigue el proceso siguiente:

Ilustracin 1. Carrera de aspiracin proceso 0-1

(www.monografs.com)

Proceso de Aspiracin: Corresponde a la evolucin 0-1 (ver ilustracin 1) en que el pistn va desde el punto muerto superior (PMS) al punto muerto inferior (PMI) y la vlvula de admisin se abre permitiendo el llenado del cilindro con una mezcla de aire y combustible todo esto manteniendo a su vez la vlvula de escape cerrada. Para que esto ocurra se necesita aportar trabajo al sistema.

Ilustracin 2. Carrera de compresin proceso 1-2

(www.monografs.com)

Proceso de Compresin (1-2): Ac el pistn comienza a ascender desde el PMI al PMS manteniendo las vlvulas de admisin y de escape cerradas provocando una compresin adiabtica de la mezcla. Para que esto ocurra, al igual que en la evolucin anterior, se debe aportar trabajo al sistema.Proceso de combustin (2-3): Este proceso ocurre por medio de las bujas que aportan la energa (chispa elctrica entre dos electrodos) para el encendido de la mezcla aire combustible en la cmara de combustin manteniendo ambas vlvulas cerradas. Esto se realiza cuando el pistn se encuentra en su PMS y en teora es instantneo. La combustin de la mezcla provoca un aumento en la presin.La buja consiste en un electrodo central y el terminal est unido dentro de un aislador de cermica especial (Al2O3) por medio de una junta de vidrio conductora, la cual es al mismo tiempo una junta contra gas.

Ilustracin 3. Combustin - carrera de potencia proceso 2-3

(www.monografs.com)

Proceso de Expansin (3-4): La combustin de la mezcla provoca que el pistn baje desde el PMS al PMI generndose trabajo positivo. Esto ocurre manteniendo ambas vlvulas cerradas (VE vlvula de escape y VA vlvula de admisin) y se supone proceso adiabtico.

Apertura de Vlvula de Escape (4-1): Cuando el pistn se encuentra en el PMI se abre slo la vlvula de escape lo que genera una cada de presin que en teora es instantnea.

Proceso de expulsin (1-0): En esta carrera se liberan los gases a la atmsfera al abrir la vlvula de escape y el pistn sube desde PMI al PMS. Dado que las presiones dentro del cilindro y en la atmsfera son las mismas, el trabajo requerido en este proceso es nulo.

Ilustracin 4. Carrera de escape proceso 1-0

(www.monografs.com)

2.1.3Ciclo de Otto real

Dado que en la realidad los procesos no son ideales, el ciclo otto real experimenta algunas variaciones con respecto al ciclo otto terico que tienen su origen en las siguientes aproximaciones:

La transferencia de calor en un motor otto real no es nula por lo que el supuesto de la existencia de procesos adiabticos (proceso sin transferencia de calor) es slo aproximadamente correcta durante la compresin, sin embargo el aumento de la temperatura en el interior del cilindro durante la combustin hace que la transferencia de calor durante todo el proceso de expansin no sea despreciable (y a su vez necesaria para proteger los materiales del motor). De lo anterior se concluye que en el proceso real se presentan prdidas por calor que se disipa al ambiente a travs de los medios que circundan al pistn (carcasa de motor, fluido refrigerante) y los gases de escape.

Otro aspecto a considerar es el hecho de que el proceso de combustin, pese a ser muy rpido no es instantneo, lo cual trae consigo que el proceso no ocurra a volumen constante. En motores cuyo ajuste pretende obtener una mxima eficiencia, la chispa salta entre 40 y 10 grados antes de alcanzar el PMS. Esto provoca una combustin temprana que produce un aumento en la presin por sobre el valor terico, sin embargo, como la combustin no es instantnea, la presin mxima se alcanza unos 15 grados despus del PMS llegando a un valor mucho menor que el terico. Adems, durante todo el proceso de expansin la presin real se mantiene por debajo de la predicha por el modelo terico.

Las reacciones no son ideales, por lo que en la realidad la combinacin de varios efectos provocan que la combustin no sea completa an en presencia de mezclas pobres (mezcla con poco combustible) lo que genera que los gases de escape presenten un cierto porcentaje de monxido de carbono, hidrgeno e hidrocarburos no quemados, que a su vez conllevan disminucin en la eficiencia del motor.

Todo esto trae como consecuencia una disminucin en la eficiencia de conversin del combustible en comparacin con el modelo terico. Por otro lado el efecto de disociacin del combustible que a altas temperaturas provoca que cierta cantidad de molculas de los productos de combustin se fraccione, genera una disminucin de la temperatura mxima de los productos (an a volumen constante) en comparacin con la terica.

Finalmente, tambin contribuye a reducir el rendimiento real, el momento en que se abren las vlvulas. La vlvula de escape se abre antes del PMI con lo cual la expansin de los gases de escape es incompleta y la presin, a partir de ese punto cae rpidamente. Similarmente la vlvula de admisin se cierra despus del PMI, provocando que la presin antes de la combustin sea menor que la terica.

El resultado de combinar todas estas diferencias es que la eficiencia interna del motor, es decir, el cociente entre la presin interna real y la potencia terica est entre 0.8 y 0.9.

Caractersticas geomtricas y Potencia de bombeo de un motor Otto Las componentes geomtricas bsicas de un motor Otto son:

El dimetro del pistn:

D

Su carrera:

L

El largo de la biela:

b

El radio del cigeal:

a

Volumen de cada cilindro:

Vc Nmero de cilindros:

nc

Esto a su vez nos permite definir:

Superficie de accin:

A = pi * D ^ 2/4

Volumen desplazado por cada pistn:

Vd = a * L

Volumen total desplazado:

Vdt = Vd * nc

Con estos antecedentes se define la admisin mxima terica en motores con aspiracin natural dada por:

Vdt = Vdt * N/nr

Donde nr corresponde al nmero de revoluciones por cada ciclo:

nr:1 en motores de 2 tiempos

2 en motores de 4 tiempos

N:velocidad de giro del cigeal

En un ciclo de 4 tiempos existe una parte del ciclo donde la mquina efecta trabajo.

Esta parte, llamada el trabajo bruto corresponde a la diferencia entre el trabajo efectuado durante la expansin de los gases quemados y el trabajo recibido durante la compresin. En los 2 tiempos restantes, el trabajo de succin es inferior al trabajo requerido para expulsar los gases quemados. Esta rea en el grafico P-V es negativa y corresponde al trabajo de bombeo.

Luego se define la potencia de bombeo de la manera siguiente:

Pot. Bombeo = (variacin de presin) * Vdt,

(Obert, 1998) Donde la variacin de presin es la diferencia entre la presin de escape y la presin de admisin.

2.1.4Ciclo de Diesel terico

La diferencia fundamental entre los ciclos Otto y Diesel se encuentra en la fase de introduccin del calor. En el ciclo Otto, el calor se introduce a volumen constante, mientras que en el ciclo Diesel se efecta a presin constante. Otra diferencia entre ambos ciclos estriba en los valores de la relacin de compresin, la cual vara de 12 a 22 para los motores Diesel, mientras que oscila tan slo entre 6 y 10 para los motores Otto.

Ilustracin 5. Diagramas P-v y T-s

(www.cec.uchile.cl)

Como se ve en la figura, el ciclo Diesel ideal est formado por cuatro lneas trmicas que representa: la compresin adiabtica (1-2) (proceso sin transferencia de calor); la introduccin del calor a presin constante (2-3); la expansin adiabtica (3-4); la expulsin del calor a volumen constante (4-1). Durante la transformacin 2-3 de introduccin del calor Q1 a presin constante, el pistn entra en funcionamiento, y por tanto, el fluido produce el trabajo: (Obert, 1998)Por consiguiente, la ecuacin de la energa sin flujo se convierte en (Obert, 1998)y la entalpa h (cantidad de energa por unidad de masa) del fluido est dada por la expresin (Obert, 1998)la ecuacin se transforma en

(Obert, 1998)

Por ser el fluido un gas perfecto, podemos emplear, para su variacin de entalpa a presin constante, la expresin (Obert, 1998)

Luego, el calor introducido tendr el siguiente valor: (Obert, 1998)

Hay que hacer resaltar que en una transformacin con introduccin de calor a presin constante vara el valor de la entalpa del fluido activo, mientras que en caso de la transformacin a volumen constante vara el de la energa interna del fluido. Como la sustraccin del calor Q2 se realiza como en el ciclo Otto, se puede escribir:

(Obert, 1998)

y como el fluido es un gas perfecto y el ciclo es ideal:

(Obert, 1998)

Por tanto, el rendimiento trmico ideal del ciclo Diesel terico es igual a:he = (calor suministrado calor sustrado)/ calor suministrado (Obert, 1998) expresin del todo anloga a la encontrada para el rendimiento ideal del ciclo terico Otto.

Para la transformacin 2-3 de combustin a presin constante tenemos:

(Obert, 1998)

Para las transformaciones adiabticas 1-2 de compresin y 3-4 de expansin se tiene, respectivamente: (Obert, 1998)De donde: (Obert, 1998)Y como son V4=V1 y T3/T2=V3/V2, se puede escribir: (Obert, 1998)

Sustituyendo esta expresin en la del rendimiento trmico ideal, resulta: (Obert, 1998)Indicando con t la relacin entre los volmenes V3 y V2 al final y al comienzo, respectivamente, de la fase de combustin a presin constante, a la cual daremos el nombre de relacin de combustin a presin constante, y recordando que (Obert, 1998)Se obtiene, finalmente, la expresin del rendimiento trmico ideal del ciclo terico

Diesel: Obert, 1998)

En esta expresin el rendimiento trmico ideal es, para el ciclo Diesel, funcin de la relacin de compresin, de la relacin de combustin a presin constante y la relacin k entre los calores especficos.

Las expresiones de los rendimientos trmicos de los ciclos Otto y Diesel difieren solamente por el trmino entre parntesis, que siempre es mayor que 1, y, por ello, aparece claro que a igualdad de relacin de compresin he es mayor para el ciclo Otto que para el ciclo Diesel. Reduciendo t, es decir, el calor introducido a presin constante, el rendimiento he del ciclo Diesel se aproxima al del ciclo Otto, con el cual coincide para t=1.

Los motores diesel pueden tener uno o varios cilindros o cmaras de combustin y segn su posicin pueden estar dispuestos en lnea o en V (es decir cilindros dispuestos en forma de V con un ngulo entre una lnea y otra de cilindros, pero todos con el mismo cigeal).

Salvo excepciones en estos artculos se habla de motores de cuatro tiempos y cuatro cilindros en lnea.

Cada uno de los cilindros, durante su funcionamiento, efecta un ciclo completo de trabajo durante el cual se producen cuatro carreras que son:

ADMISIN, COMPRESIN, COMBUSTIN Y ESCAPE.Carrera de admisin

Puede ser considerada el primer movimiento del ciclo que se efecta de la siguiente forma:

1. Movimiento del pistn hacia abajo.2. Vlvula de admisin abierta.3. El aire entra en el cilindro al mismo tiempo que el pistn se mueve hacia abajo.4. La presin atmosfrica fuerza al aire a entrar en el cilindro para ocupar el vaco que se produce en el mismo.5. La vlvula de admisin permanece abierta hasta pocos grados despus del punto muerto inferior para aprovechar la inercia del aire entrando en el cilindro.

Ilustracin 6. Carrera de admisin

(www.monografs.com)Carrera de compresin

1. Movimiento del pistn hacia arriba.2. Ambas vlvulas cerradas.3. Disminuye el volumen del aire en el cilindro, aumenta la presin y se incrementa la temperatura debido a la compresin.

Ilustracin 7. Carrera de compresin

(www.monografs.com)

Carrera de combustin

1. El combustible es inyectado en ese reducido volumen en el que se encuentra el aire a alta presin y temperatura, justo un momento antes del punto muerto superior.2. El combustible comienza a quemarse debido al calor producido por la compresin.3. Los gases comprimidos se expansionan rpidamente debido a la explosin o combustin instantnea.4. El pistn es forzado hacia abajo por la expansin de los gases, proporcionando potencia al cigeal.

Ilustracin 8. Carrera de combustin

(www.monografs.com)Carrera de escape

1. El pistn se mueve hacia arriba.2. La vlvula de escape se abre un poco antes de que el pistn llegue al punto muerto inferior de la carrera de combustin.3. El movimiento del pistn hacia arriba fuerza a los gases quemados al exterior de la vlvula de escape.4. Generalmente la vlvula de escape estar cerrada ligeramente antes del punto muerto superior.

Ilustracin 9. Carrera de escape

(www.monografs.com)

Algunos motores, tienen vlvulas solapadas o en cruce. La vlvula de admisin abre antes del punto muerto superior y la vlvula de escape cierra despus del punto muerto superior.

2.2TIPOS BSICOS DE COMBUSTIBLES

2.2.1Combustibles de motores de encendido por chispa

Gasolina es un nombre colectivo que designa los hidrocarburos con diferente estructura qumica obtenidos por destilacin, craqueo, reforming, isomerizacin, polimerizacin o alcohilacin del petrleo en un campo de ebullicin que oscila entre los 25 C y los 210 C.

La gasolina normal es gasolina con suficiente resistencia al golpeteo para muchos motores encendidos por chispa. La gasolina sper es una mezcla de componentes altamente resistentes al picado y con mayor resistencia al golpeteo que la gasolina normal.

Propiedades del carburante La volatilidad, formacin de mezcla, poder calorfico, proceso de combustin (resistencia al golpeteo o facilidad de encendido) son propiedades decisivas para la utilizacin en los motores.

La gasolina debe ser muy voltil. Para la valoracin sirven la ebullicin y la presin del vapor. La curva de ebullicin indica la cantidad de carburante evaporada a determinada temperatura en un recipiente de ebullicin. Con respecto al comportamiento en el motor son importantes tres zonas de la curva de ebullicin, que pueden caracterizarse por la parte evaporada a tres diferentes temperaturas. El volumen evaporado hasta 70 C debe ser grande para el fcil arranque del motor fro, y no demasiado grande para evitar la formacin de burbujas de vapor en el motor caliente. El volumen evaporado hasta 180 C no debe ser demasiado pequeo, para evitar la disolucin del aceite lubricante especialmente en el motor fro. La parte del lubricante que se evapora a 100 C determina la disposicin de servicio y el comportamiento de aceleracin del motor caliente. La presin del vapor es tambin una medida de la capacidad de gasificacin de un carburante. Los carburantes con elevada presin de vapor pueden formar burbujas de vapor en el sistema de conduccin e interrumpir el suministro de combustible. El calor de vaporizacin (cantidad necesaria de calor para transformar 1 Kg del lquido, a presin exterior invariable, en vapor con la misma temperatura).

El nmero de octanos indica la resistencia al golpeteo de una gasolina. A mayor nmero de octanos mayor es la resistencia al golpeteo del combustible. El valor numrico del nmero de octanos hasta 100 indica el porcentaje en volumen de iso-octano contenido en una mezcla con n-heptano que muestra en un motor de prueba el mismo comportamiento al golpeteo que el combustible a analizar. Una suficiente antidetonancia de la gasolina es la condicin previa para una combustin normal de un motor de explosin. Una antidetonancia insuficiente produce perturbaciones en la combustin y, por consiguiente, averas en el motor.

2.2.2Combustibles de motores de encendido por compresin

El carburante Diesel es una mezcla de hidrocarburos que hierven entre aproximadamente 150 C y 360 C y se forman en la destilacin del petrleo, as como en el craqueo y la hidrogenacin de aceites residuales.

El nmero de cetanos designa el poder de encendido de un combustible diesel. Cuanto mayor es el nmero de cetanos mayor es el poder de encendido del combustible. El valor numrico del nmero de cetanos indica el porcentaje en volumen de n-cetanos contenido en una mezcla con a-metilnafataleno, con la cual se determina en un motor de prueba el mismo retardo de encendido que con el combustible diesel a analizar. Al cetano con muy elevado poder de encendido se le asigna el nmero de cetanos 100, al metilnafataleno con bajo poder de encendido, el nmero de cetanos 0.

El poder de encendido es la propiedad de un combustible de producir el autoencendido en un motor diesel. Para el autoencendido es necesario en cada combustible, adems de la pulverizacin, presin y temperatura, un periodo de preparacin (retardo de encendido) desde el inicio de la inyeccin hasta la combustin. Un suficiente poder de encendido de un combustible diesel es la condicin previa para una combustin normal y antidetonante en el motor.

2.2.3 Desarrollo de la combustin

Para poder combinarse con el oxgeno del aire de combustin, el combustible lquido deber formar una mezcla homognea con el aire. De esta forma, las molculas del combustible y del oxgeno se encuentran estrechamente unidas y se aprovechan al mximo en la combustin. La combustin se desarrolla del modo ms favorable y el rendimiento del motor es mayor cuando los gases de escape contienen la menor cantidad posible de oxgeno y combustible no quemado.

Desarrollo de la combustin en un motor encendido por chispa La mezcla de aire-combustible se comprime en la cmara de compresin de 8 a 15 bar. No obstante, la temperatura final de compresin de 400 a 600 C no es suficientemente alta para que se produzca el autoencendido de la mezcla; slo la chispa de encendido de la buja inicia la combustin. Para el desarrollo y la calidad de la combustin en el cilindro es decisivo el avance del frente de la llama desde el punto de encendido.

La llama se hace avanzar por arrastre, conduccin y radiacin calorficas, pero especialmente por la circulacin turbulenta de gas. La velocidad de propagacin de la llama comienza lentamente en la buja, alcanza con la presin mxima de combustin (30 a 40 bar) y la temperatura mxima (2000 a 2500 C) un valor mximo y disminuye nuevamente al final de la combustin por escasez de oxgeno y la aproximacin del frente de la llama a las paredes ms fras del cilindro. El valor medio de la velocidad durante la combustin es de aproximadamente 10 a 25 m/s. La velocidad alcanza su valor mximo con 10% de escasez de aire y elevado nmero de revoluciones y disminuye con mezcla ms rica o ms pobre y con menor nmero de revoluciones debido a una menor turbulencia (sin circulacin torrencial o turbulenta es solamente de 1 a 5 m/s).

Desarrollo de la combustin en el motor diesel En la cmara de combustin se comprime aire puro (sin mezcla adicional de combustible) hasta una presin que oscila entre 30 y 55 bar y se calienta hasta una temperatura que oscila entre 700 y 900oC, de modo que al inyectar el combustible ste se autoenciende. Las partculas del combustible no comienzan a quemarse inmediatamente al entrar en la cmara de combustin, sino que deben mezclarse primero con el aire y calentarse para formar una mezcla inflamable de aire-combustible.

Esta preparacin de la mezcla requiere tiempo, pero ste no puede reducirse a voluntad, ya que deben aprovecharse en lo posible todas las molculas de oxgeno y combustible durante la combustin, y el combustible no debe quemarse directamente en la boca de la tobera de inyeccin.

El retardo del encendido es el tiempo entre el comienzo de la inyeccin y el del encendido. Es una caracterstica principal de la combustin en los motores diesel. Un cierto retardo de encendido de aproximadamente 0.001 s es siempre necesario para la formacin de la mezcla. El autoencendido se inicia despus del comienzo de la inyeccin tanto ms rpidamente cuanto ms fcilmente se desintegra el combustible, ms caliente est el aire, ms se pulveriza el combustible durante la inyeccin (tamao de las gotitas de 4 a 15 m; con gotitas ms pequeas, superficie total ms grande y gasificacin ms rpida) y ms ntima es la mezcla entre combustible y el aire. Si el retardo del encendido es inadmisiblemente elevado superior a aproximadamente 0.002 s la marcha del motor es dura (golpeteo).

2.3TIPOS BSICOS DE MOTORES Y SU FUNCIONAMIENTO

2.3.1Motor de cuatro carreras encendido por chispa

La mayora de los motores de combustin interna, utilizan el principio del mbolo reciprocante, que consiste en un mbolo que se desliza dentro de un cilindro, con un movimiento reciprocante, transmitiendo fuerza y movimiento a la flecha motriz, por lo general, mediante un simple mecanismo de biela y manivela.

Los motores de mbolo reciprocante encendidos por chispa tienen la siguiente secuencia de funcionamiento:

1. Una carrera de admisin para inducir una mezcla combustible hacia el interior del cilindro del motor (vlvula de admisin abierta).2. Una carrera de compresin, para elevar la temperatura y presin de la mezcla (ambas vlvulas cerradas).3. Al final de la carrera de compresin ocurre la chispa y el incendio consecuente de la mezcla. Este hecho libera energa, se aumenta la temperatura y la presin de los gases; que a su vez hacen descender el mbolo en la carrera de expansin o potencia (ambas vlvulas cerradas).4. Una carrera de escape, producida por la inercia sobre el mbolo para barrer el cilindro, expulsando los gases quemados (vlvula de escape abierta).

Los trminos ms utilizados al referirse a motores de mbolo reciprocante son: desplazamiento, volumen de compresin y relacin de compresin o expansin.

El desplazamiento (D), es el volumen (en cm3 o plg3) barrido por el mbolo en una carrera (n veces este valor para un motor de n cilindros); el volumen de compresin (c), es el volumen de los gases comprimidos y es tambin el volumen de la cmara de combustin; la relacin de compresin o de expansin (rv) es igual a:

(Obert, 1998)

La mayora de los motores encendidos por chispa tienen relaciones de compresin muy prximas de 7 a 1; aunque tambin ya son comunes los motores con relaciones de compresin de 8 a 1.

En todos los motores de mbolo reciprocante, se tienen dos posiciones en las cuales ste llega a una completa inmovilidad, debidas a la inversin del movimiento del cigeal. En el lmite inferior de su carrera, la posicin se llama punto muerto inferior (PMI). Existe una posicin muerta semejante en el instante en que el mbolo llega al punto muerto superior (PMS).

Dado que la carrera de potencia slo existe en una parte del tiempo total del ciclo, se emplea un volante (disco pesado que se instala en el extremo terminal del cigeal, diseado para almacenar energa y absorber las variaciones de las energas a la entrada y a la salida) para nivelar la carga y hacer uniformes los impulsos; con el objetivo de tener una rotacin uniforme del cigeal.

2.3.2Motor de cuatro carreras encendido por compresin

La rpida compresin del aire hasta presiones elevadas, puede elevar su temperatura hasta un valor tal que si se surte dentro de la cmara de combustin un combustible, ste se incendia espontneamente sin depender de una chispa para iniciar la combustin o una mezcla homognea para propagar la llama.

Para visualizar el motor Diesel o de encendido por compresin, reemplazando la buja por una vlvula inyectora de combustible y aumentando la relacin de compresin hasta ms o menos 15 a 1. Actualmente se tienen motores con relaciones de compresin que oscilan entre 12 a 1 y 18 a 1. El ciclo Diesel est compuesto por las siguientes fases:

1. Una carrera de admisin para inducir dentro del cilindro solamente aire (vlvula de admisin abierta)2. Una carrera de compresin para llevar aire hasta una temperatura y presin superior a la del punto de encendido del combustible (ambas vlvulas cerradas)3. Inyeccin del combustible durante la primera parte de la carrera de expansin con una rapidez tal, que la presin se mantenga constante, siguiendo la expansin, hasta el volumen inicial del cilindro (ambas vlvulas cerradas)4. Una carrera de escape para expulsar del cilindro los gases quemados (vlvula de escape abierta)

2.3.3Control de velocidad y carga en motores encendidos por chispa

Una chispa puede encender solamente a una mezcla de combustible, si se desea que la llama se propague a travs de ella, debern estar presente en toda la cmara de combustin, cantidades de aire y combustible en proporciones definidas y homogneas (aproximadamente 15 partes de aire por una de combustible, en peso). Un carburador es el medio usual para obtener la relacin aire-combustible requerida. Este elemento est compuesto por las siguientes partes bsicas: un venturi, una tobera para combustible con orificio medidor, un recipiente para combustible en la cmara del flotador, un acelerador y un ahogador. Cuando el mbolo desciende en la carrera de admisin, aspira aire (a presin atmosfrica) a travs del venturi. Debido al pequeo dimetro de la garganta del venturi se aumenta la velocidad del aire y se disminuye su presin. Pero la presin en el extremo de la tobera, tambin es menor que la presin (atmosfrica) dentro de la cmara del flotador. Por esta diferencia de presiones, el combustible es pulverizado dentro de la corriente de aire, en una cantidad tal, que es determinada por el tamao del orificio medidor.

Es importante notar que si se aumenta la velocidad del motor, aumenta la cantidad de aire aspirado a travs del venturi, y por lo mismo, se crea mayor cada de presin y proporcionalmente se pulveriza mayor cantidad de combustible en el seno de la corriente de aire.

El esfuerzo de giro aplicado al cigeal, depende de la masa de la mezcla quemada en cada cilindro, por ciclo, y se controla, restringiendo la cantidad de mezcla (pero no necesariamente la relacin aire-combustible), que entra al cilindro en la carrera de admisin. Esto se consigue mediante el empleo, en el carburador, de una vlvula llamada estrangulador o acelerador, para obstruir el paso hacia el mltiple de admisin.

En la carrera de admisin, si el acelerador est casi cerrado, entrar al cilindro solamente una pequea cantidad de mezcla y la presin dentro de l estar muy por debajo de la presin atmosfrica, con las correspondientes presiones de compresin y combustin, tambin bajas. La velocidad resultante del motor ser lenta y si el cigeal no est acoplado a una carga externa, se dice que el motor est en vaco. Cuando el acelerador se abre gradualmente, la velocidad del motor ir aumentando, hasta un valor determinado por la carga externa acoplada a la flecha motriz.

Por tanto, la velocidad del motor se controla mediante las posiciones del estrangulador o acelerador, y tambin, por la magnitud de la carga bajo la que se encuentra el motor.

El ahogador permite al motor recibir una cantidad adicional de combustible para el arranque, cuando est fro. Al cerrar el ahogador, la succin del motor se ejerce directamente en la tobera del combustible, mientras que se restringe la entrada de aire.

2.3.4Control de velocidad y carga en motores encendidos por compresin

El mtodo moderno de inyeccin es el de comprimir y pulverizar solamente combustible dentro del cilindro, dependiendo de la alta presin de inyeccin para la atomizacin del mismo.

Ilustracin 10. Sistema de inyeccin motor encendido por compresin (Obert, 1998)

Cuando el mbolo inyector est en la parte ms baja de su carrera el combustible es forzado hacia el interior de la cmara del mbolo por el conducto de entrada A. En un instante conveniente del ciclo, se elevar el mbolo inyector, cerrando el conducto de entrada con la consecuente compresin del combustible. Este abrir la vlvula de retencin, comunicando su presin al residuo de combustible detenido en la tubera de descarga. La misma accin se repite en la vlvula de retencin prxima a la salida de la tobera, siendo pulverizado el combustible desde el orificio de ella al interior de la cmara de combustin. El final del periodo de inyeccin ocurrir despus que el conducto de entrada es descubierto por la ranura helicoidal del mbolo de la bomba, porque la alta presin arriba del mbolo se descarga por la ranura B, en comunicacin con el conducto A.

La duracin del perodo de inyeccin se determina mediante el diseo de la leva, del rbol de levas de la bomba de inyeccin, que es accionado por el motor mismo.

Si se presenta una carga menor, la cremallera C se mueve hacia la izquierda, haciendo girar al mbolo inyector con su ranura helicoidal. A continuacin, al elevarse el mbolo, se inicia la inyeccin igual que antes, pero la descarga de presin se anticipa debido a que la ranura helicoidal coincide ms pronto con el conducto a. Por lo tanto, la duracin de la inyeccin se reduce para cargas parciales junto con la cantidad de combustible inyectado.

Cuando la cremallera C se mueve hasta su posicin lmite, la ranura B quedar alineada con el conducto A. En esta posicin, que es la de parada, el combustible no ser ni comprimido ni inyectado.

Debido a que la cremallera C gobierna la velocidad y la habilidad del motor para conducir cargas, se le llama el estrangulador o acelerador. En el motor encendido por compresin no se estrangula el aire de entrada como un medio de control, a pesar del nombre del dispositivo.

En el motor encendido por compresin no se requiere una relacin fija de aire combustible, porque ste se inyecta en el seno de un aire extremadamente caliente, incendindose en cualquier punto en el cual se forme la mezcla combustible. Con objeto de que se produzca la combustin, tampoco es necesaria la propagacin de la flama.

Por tal motivo, a plena carga es deseable inyectar una cantidad de combustible tal como para que se queme todo el aire que hay en el cilindro. Prcticamente no se puede alcanzar este lmite porque no es posible para el chorro localizado de combustible, encontrar a todo el aire, ya que existen regiones ricas y pobres; razn por la cual los gases de escape pueden tener coloracin y olor picante.

2.3.5Motor de dos tiempos

Este es un tipo de motor totalmente diferente al de cuatro tiempos, tanto en funcionamiento como en apariencia fsica. Dentro de las diferencias se encuentran que no posee eje de levas, engranajes de distribucin, vlvulas, etc. El crter es de pequeas dimensiones y se encuentra cerrado hermticamente debido a que se usa para la admisin y pre-comprensin de la mezcla.

La descripcin del motor es la siguiente: A un lado del cilindro se encuentra una lumbrera o conducto de carga, por el cual la mezcla pasa del crter al cilindro. Existen otros dos conductos, generalmente opuestos en posicin al de carga por donde se hace la admisin procedente del carburador y el escape hacia la atmsfera. El funcionamiento es el siguiente:

1. El crter aspira una nueva mezcla y al subir el pistn se comprime la mezcla.2. En el crter contina la aspiracin mientras que en la parte superior del cilindro se presenta la chispa de la buja y el pistn comienza su descenso.3. En el crter se pre-comprime la mezcla y el pistn deja escapar los gases por el conducto de escape.4. Por el conducto de carga entra la nueva mezcla que empuja los gases quemados hacia fuera.

En este tipo de motores el pistn tiene una forma especial, como se muestra en la figura, que permite dar direccin a los flujos, por medio del deflector, en el momento que est entrando la mezcla nueva y salen los gases ya quemados.

Ilustracin 11. Ciclo motor de dos tiempos (uamerica.edu.co)

Si se emplea el ciclo de dos carreras para un motor carburado con gasolina, parte de la mezcla fresca ser desalojada junto con los gases de escape. En los motores encendidos por compresin no existe la desventaja de la prdida de combustible, porque se emplea solamente aire, y, por lo tanto, slo se pierde aire en el barrido del cilindro.

2.3.6Motor Wankel

Es un tipo de motor totalmente diferente a los expuestos anteriormente y se utiliza generalmente en aplicaciones industriales y marinas. Este motor no posee pistones, en su lugar se encuentra un rotor triangular con lados curvos y rbita excntrica sobre un engranaje.

Ilustracin 12. Motor Wankel (www.uamerica.edu.)

En este tipo de motor, el pistn triangular divide al espacio del estator en tres cmaras rotatorias de volumen variable, en donde se desarrollan simultneamente tres ciclos de cuatro tiempos desfasados un tercio de vuelta de rotor. Los cuatro tiempos del motor ocurren en una sola de revolucin del cigeal.

Uno de los mayores inconvenientes de este tipo de motor, se encuentra en los vrtices del rotor, donde debido al empuje del engranaje central y la fuerza centrfuga se presentan problemas de refrigeracin, ya que entre las fases de combustin y escape existen diferencias de temperaturas entre los 100 C y los 150 C, junto con problemas de estanqueidad por rozamiento en los sellos.

Los motores Wankel pueden estar conformados por uno, dos, tres o cuatro rotores, en la figura se muestra uno de dos rotores desfasados 180 entre s.

Este tipo de motor es mucho ms sencillo, en su construccin, que uno convencional de pistones, debido a su menor cantidad de componentes. Sus partes principales son:

Rotor: Es de perfil triangular y de lados curvados, se encuentra perforado en su punto central. Dicho agujero cumple dos funciones, la primera es la zona principal cilndrica y lisa que constituye el elemento de soporte dentro del cual gira un gorrn excntrico solidario al eje del motor. La otra parte est constituida por una corona dentada que engrana con un pin solidario a la parte fija del motor.

Estator: Es el lugar dentro del cual gira el rotor, su forma es epitrocoidal de dos lbulos. La epitrocoide es una curva que se describe debido a un punto interior a una circunferencia generatriz que rueda, exteriormente, sobre otra circunferencia base. El nmero de lbulos es igual a la relacin entre los radios de ambas circunferencias, como se ve en el siguiente dibujo, aqu mismo se muestra cmo la epitrocoide coincide con la trayectoria de los vrtices del rotor triangular, cuyo eje se desplaza sobre una circunferencia de radio e.

El gorrn excntrico, alrededor del cual gira el rotor y por donde el rotor le transmite potencia al eje, representa el gorrn de manivela del cigeal. El movimiento de revolucin del motor est definido por la rotacin de su propio eje principal de simetra, que coincide con el eje del gorrn, en torno al eje del estator, que coincide con el del cigeal. Por esto es que en este tipo de motores el movimiento planetario del rotor puede asimilarse al de una manivela. La descripcin de este mecanismo de manivela se muestra en la siguiente figura:

Ilustracin 13. Gorrn excntrico (www.uamerica.edu.co)

Para la entrada de la mezcla y la salida de los gases existen dos tipos de lumbreras, la posicin ms sencilla es en la periferia del estator y permite mxima duracin en la fase de admisin; la otra es cuando las lumbreras se encuentran colocadas lateralmente, lo que permite una mayor turbulencia y mejora las prestaciones a regmenes bajos.

Las dems partes de funcionamiento del motor Wankel son similares a las de un motor convencional, como son la alimentacin, refrigeracin, etc, otro punto para resaltar es que en el sistema de encendido de combustin utiliza nicamente una buja y en algunos casos dos.

2.4PRUEBAS EN MOTORES2.4.1Potencia y rendimiento mecnico

La medicin de la potencia o trabajo realizado por unidad de tiempo, es de importancia bsica al determinar la capacidad de produccin de un motor.

Entre los principales dispositivos utilizados para este objeto es el freno de prony y el freno de agua.

El freno de prony es econmico, simple en su funcionamiento y fcil de construir. Es muy utilizado en pruebas de baja velocidad. La desventaja principal de este tipo de freno es su par de torsin constante aplicado y, por lo mismo, su inhabilidad para compensarse bajo condiciones de carga variable.

El freno de agua se emplea cuando se tienen cargas muy pesadas y altas velocidades ya que la capacidad es aproximadamente proporcional al cubo de la velocidad de giro. A bajas velocidades la capacidad de absorcin es relativamente limitada. En contraste con el freno de prony con su par torsional constante, el freno de agua no atasca o para al motor que est bajo estudio.

La potencia obtenida de un motor es llamada comnmente la potencia de freno (bhp) y algunas veces potencia de flecha o simplemente caballos producidos. La potencia desarrollada al quemarse combustible y el aire que se emplea para vencer la friccin en los cojinetes, mbolos y otras partes mecnicas del motor adems en la induccin de la carga de aire-combustible y en la expulsin de los gases de escape, se denomina potencia de la friccin (fhp). Por consiguiente, la potencia total desarrollada por el motor es la potencia indicada (ihp) y es igual a:

Ihp = bhp + fhp

(Obert, 1998)

La potencia perdida en las fricciones es difcil de determinar experimentalmente por no haber un mtodo directo para medirla.

La relacin entre la potencia producida por el motor (bhp) y la potencia total desarrollada dentro de l (ih