Fundamentos de los Ciclos de Combustión y Componentes del Motor

Ciclos de Combustión

Ciclo Otto

Utiliza una mezcla homogénea de gasolina y aire. La combustión se inicia por una chispa (encendido provocado). La regulación de la mezcla es cuantitativa; varía estrechamente según la demanda de potencia. Los motores de inyección directa permiten ajustar la carga según las condiciones del motor.

Ciclo Diésel

Admite solo aire en la admisión. La combustión se produce por autoinflamación del gasoil (encendido por compresión). La regulación es también cuantitativa; mayor cantidad de aire permite inyectar más combustible según la demanda de potencia.

Transformación de Calor en Trabajo

El Primer Principio de la Termodinámica establece que es posible transformar calor en trabajo.

Ejemplo con Gas en un Recipiente Cerrado

Cuando se calienta un gas en un recipiente cerrado, su temperatura aumenta y, como el volumen no varía, para mantener la igualdad según la ecuación de los gases ideales.

Émbolo Móvil

Si una de las paredes del recipiente es reemplazada por un émbolo móvil, la presión del gas actuando sobre el área del émbolo genera una fuerza que lo desplaza. Este desplazamiento ocurre siempre que la presión en el lado opuesto del émbolo sea menor que la presión interna del recipiente.

Tipos de Transformaciones

1. Isócoras: Volumen constante (V = cte); la presión varía.
2. Isóbaras: Presión constante (P = cte); el volumen y la temperatura cambian.
3. Isotérmicas: Temperatura constante (T = cte); se intercambia calor con el exterior.
4. Adiabáticas: Sin intercambio de calor; la entropía es constante y la temperatura aumenta durante la compresión.

Avance del Encendido (AE)

El encendido debe adelantarse porque la combustión no es instantánea y la presión máxima debe ocurrir en el Punto Muerto Superior (PMS).

Medición

Se mide en grados girados por el cigüeñal desde el momento de encendido hasta que el pistón alcanza el PMS.

Tipos de Avance

1. Avance Inicial: Fijo y representado en el sistema de distribución.
2. Avance Centrífugo: Variable según las RPM; ajusta el encendido según la velocidad del motor.
3. Avance por Carga: Dinámico; se adapta según la carga del motor y la depresión en el colector de admisión.

Elementos Fijos del Motor

Bloque del Motor

Función

Es el soporte principal del motor, donde se unen otros componentes. Soporta esfuerzos de elementos móviles y la presión de gases en el cilindro.

Requisitos

• Alta rigidez estructural para minimizar deformaciones y soportar órganos auxiliares.
• Masa elevada para amortiguar ruidos y vibraciones.
• Conductos para lubricación y refrigeración.

Refrigeración

Por agua, por aire.

Tipos de Cilindros

• Sin camisa: Camisa mecanizada en el bloque.
• Con camisa seca: Camisa delgada embutida a presión.
• Con camisa húmeda: Contacto directo con refrigerante.

Disposición de los cilindros

En línea, Opuestos (bóxer), En V, VR, En W.

Materiales

Hierro o aluminio.

Daños

Desgaste, Gripaje.

Culata

La culata es la parte superior del bloque del motor que cierra los cilindros y contiene varios elementos esenciales, como:

• Conductos de admisión y escape.
• Elementos del sistema de distribución.
• Conductos de refrigeración y lubricación.
• Orificios para bujías, inyectores o calentadores, dependiendo del tipo de motor (gasolina o diésel).
• Parte de la cámara de combustión.

Cualidades necesarias

• Resistencia a presión
• Capacidad térmica
• Resistencia química
• Intercambio de gases eficiente
• Estanqueidad: Evitar fugas de gases, refrigerante o lubricante.

Tipos de cámaras de combustión en motores de gasolina

• Forma de bañera: Mayor alzado de válvulas, pero recorrido largo del frente de llama, lo que puede favorecer la detonación.
• Forma cuña: Frente corto pero esquinas abruptas que pueden causar puntos calientes.
• Forma hemisférica: Compacta y eficiente, minimiza la transferencia de calor y permite un mejor barrido durante el cruce de válvulas.

Tipos de cámaras de combustión

• Cámaras bihemisféricas: En desuso, con dos hemiesferas intersecadas para admisión y escape.
• Cámaras labradas en el pistón: Utilizadas en motores de inyección directa, donde la forma del pistón genera turbulencia al inyectar combustible a alta presión (1800 bares o más).

Motores diésel

• Cámara de precombustión: El aire comprimido entra en la precámara donde se inyecta el combustible, que luego se expande al cilindro.
• Cámara de turbulencia (Ricardo-Comet): Similar a la anterior, pero el aire genera un torbellino antes de la inyección. También necesita bujía de precalentamiento y presiones de 80 a 140 bar.