FUNDAMENTOS DE

MOTORES

Capítulo 1:

“Conceptos Básicos” Recopilado por:

M. En C. José Antonio González Moreno

Introducción:

En esta presentación se estudiarán los conceptos

básicos de la combustión de combustibles, las

partes que conforman la cámara de combustión,

los 4 tiempos de un pistón y cigüeñal, además del

cálculo del cilindraje y relación de compresión en

un motor Diesel. Finalmente se presentan las

conclusiones y las referencias bibliográficas

consultadas, así como algunas preguntas de

referencia.

Antecedentes:

• Hace más de 100 años que en la Compañía

Mercedes – Benz, generaron la idea del motor

Diesel en base a los motores de vapor del s. XVIII.

• Conforme han avanzado los años, los motores

Diesel se han vuelto más complejos y eficientes, por

mencionar al famoso motor Rotativo o Wankel.

Conceptos Básicos

Combustión y factores que la controlan

• Aire + Combustible + calor = Combustión

• Tres factores que controla la combustión.

Volumen de aire comprimido

Tipo de combustible usado

Cantidad de combustible mezclado

con el aireAGENTE O

XID

ANTE

TEM

PERATURA

AGENTE REDUCTOR

R.Q.C

Mantenimiento Industrial

1)

2)

3)

CpAire + CpCombust + Q = QR’xn

Cámara de combustión

Partes de la Cámara de Partes de la Cámara de

Combustión:Combustión:

1) Camisa o Cilindro de Pistón

2) Pistón

3) Válvula de Adición de Aire

4) Válvula de Escape de Gases de la

combustión

5) Cabeza de Cilindros o Culata

Los Movimientos del Pistón siempre

van a ser Alternativo y Giratorio

Mantenimiento Industrial

Proceso de Combustión

Ciclo de 4 Tiempos:

1) Admisión.

2) Compresión.

3) Fuerza o Explosión

4) Escape

Mantenimiento Industrial

Proceso de Combustión

Ciclo de 4 Tiempos:

1) Admisión.

2) Compresión.

3) Fuerza o Explosión

4) Escape

Mantenimiento Industrial

Puntos Muertos

• Punto Muerto Superior

(PMS): Cuando el Pistón se

encuentra en la Parte más alta de

la Culata.

• Punto Muerto Inferior

(PMI): Cuando el Pistón se

encuentra en la Parte más baja

de la Camisa.

Mantenimiento Industrial

Comparación de los Motores

Diesel y Gasolina1. En el Motor Diesel, sólo entra

aire a la cámara de Combustión.

2. En el Motor a Gasolina, entra

combustible y se necesita una

chispa para la Combustión.

3. El Motor Diesel es 25% más

pesado que el Motor a Gasolina.

4. En el Motor a Gasolina, la

cavidad del Cilindro, es hacia

arriba y en el Diesel es hacia

abajo.

5. La parte superior del Pistón en

el Motor Diesel es Cóncava, en

el de Gasolina, es Plana.

Mantenimiento Industrial

Comparación de las

Cámaras de Combustión.La Relación de Compresión

en el Motor Diesel, es

13 a 1 y a veces es 20 a

1. En el de Gasolina, es

8 a 1 y a veces 11 a 1.

Cámara de Combustión Diesel

Cámara de Combustión a Gasolina

Mantenimiento Industrial

Definición de Términos

• Fricción: Oposición al Movimiento

entre dos superficies.

• Inercia: Tendencia de Un Objeto a

permanecer en estado de Reposo o

Movimiento.

• Fuerza: Empuje o tracción que

inicia, detiene o cambia el movimiento

de un objeto.

Mantenimiento Industrial

Definición de Términos• Presión: Fuerza que se aplica a una

determinada área. La Temperatura, la disminución de Volumen y la limitación del flujo, aumentan la Presión.

• Par Motor: Es la medida de la capacidad de transporte de carga de un motor. Se le conoce también como la Fuerza de giro o torsión (Torque). Se calcula como:

• Potencia: Es la Cantidad de trabajo producida en cierto periodo de Tiempo. Se calcula como:

R.P.M.

(Potencia) 5252 )( Torque ft-lben

5252

R.P.M. (Torque) )( Potencia HPen

)( Área

)( Fuerza )(Presión

2in

lbfPSIen

Mantenimiento Industrial

Definición de Términos• Calor: Es la Energía producida por la

Combustión de un Combustible.

• Temperatura: Es la medida del calor y existen escalas para medirlo: La Ranking (°R), La Kelvin (K), La Fahrenheit (°F), la Celsius (°C) y la Réaumur (°Re).

• BTU: Es la Cantidad necesaria de calor para aumentar en un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua.

Mantenimiento Industrial

Eficiencia del Motor• Calibre (B): Es el Diámetro interior de

la camisa del Pistón. A mayor área de Combustión, mayor Potencia.

• Carrera (S): Es el desplazamiento o distancia que recorre el Pistón del PMS al PMI.

• Cilindrada (D): Se define como el Área del Calibre por la Carrera y determina la Potencia de un motor. A mayor Cilindraje, mayor Potencia. Se calcula como:

• Relación de Compresión (CR): Es la relación entre el Volumen total en el PMI y el Volumen total en el PMS.

Mantenimiento Industrial

(S) (BA) D

CV

TV CR

Ejemplo 1:

• Calcular (a) el Cilindraje (en Lts) y (b) la relación de

compresión de un motor diesel cuyo calibre es de 4

1/8 de pulgada y una carrera de 4 ¼ de pulgada.

Considerar un co-volumen de 270 mils. El motor es un

modelo 1036.

(a) Cilindraje: 930.7389 cm3 × 6 pistones = 5.584 Lts ≈ 5.6 L

(b) Relación de Compresión: (10.1092 cm/0.6858 cm)

= 14.74% ≈ 15%

Ejemplo 2:

• Calcular (a) el Cilindraje (en Lts) y (b) la relación de

compresión de un motor diesel cuyo calibre es de 3

½ de pulgada y un PMI de 4.6 pulgadas.

Considerar una carrera de 3.9 pulgadas. El motor es

un modelo 1024-C.

(a) Cilindraje: 772.544 cm3 × 4 pistones = 3.090 Lts

(b) Relación de Compresión: = 15.33%

Ejercicio 1:

• Calcular (a) el Calibre del pistón (en cm y pulg)

que se necesita tener para que un motor Diesel

1036 presente un cilindraje total de 6.1 litros con un

PMS de 134.6 mm y un PMI de 4.6 mm (b) la

relación de compresión del motor diesel.

(a) Calibre: 9.9405 cm

(b) Relación de Compresión: = 28.26%

Ejercicio 2:

• Si un Motor Diesel presenta una Relación de

Compresión del 21.3% Calcular (a) el Calibre (en mm)

y (b) el PMI del motor diesel (en cm). Considerar un

co-volumen de 210 mils y un Cilindraje de 5.78 Lts. El

motor es un modelo 1054-D.

(a) Calibre: 2 × 6.5176 cm = 13.03510 cm

(b) PMI: 11.3614 cm (4473 mils)

Conclusión:

• El proceso de combustión Diesel es importante

porque es eficiente para cargas pesadas y genera

buen torque, aún sigue evolucionando y seguirá

cambiando en su morfología y eficiencia.

• El futuro de los motores a presión es prometedor a

diferencia del de gasolina, porque simplemente no

resiste cambios de esfuerzo en el material y el de

Diesel, sí.

Referencias

Bibliográficas:

1. Yunus C. Termodinámica. (2012) 7ma

edición. Ed. Mc Graw Hill.

2. SYS Tracsa, Versión 2010. On Line.

Consultado el 15 de Agosto del 2012 de

http://www.caterpillar.com

Preguntas de Repaso: 1) Mencionar los 3 factores que controlan la

combustión:

R = 1) Volumen de aire comprimido, 2) Tipo de

combustible utilizado y 3) Cantidad de

Combustible mezclado con aire.

2) Describir 3 partes de la cámara de Combustión:

R = Camisa, Válvula de escape y de admisión, Pistón

y Culata.

3) Indicar las etapas de un Proceso de Combustión

de 4 tiempos:

R = Admisión, Compresión, Explosión y Escape.

Preguntas de Repaso:

4) ¿Cómo se define el PMS?

R = Cuando el Pistón se encuentra en la parte más

alta de la culata.

5) ¿Cuál es la relación de Compresión “Normal” en

un Motor a Gasolina?:

R =Por lo regular es de 8:1 y a veces de 11:1.

6) ¿Con qué otros nombres se le conoce al Par

Motor?:

R = Torque, Fuerza de giro y Momentum.

Preguntas de Repaso:

7) Describir 3 Diferencias del Motor Diesel respecto al

motor a Gasolina.

R = 1) En el motor Diesel sólo entra aire a la Cámara

de Combustión. 2) El Motor Diesel es 25% más

pesado que el de Gasolina. 3) El Pistón del Motor

Diesel es Cóncavo o Convexo.

8) ¿Cómo se define Fricción?:

R =Es la oposición al Movimiento entre dos superficies.

9) Describir la Definición de BTU:

R = Es la cantidad necesaria de calor que se requiere

para elevar 1 °F la cantidad de 1 libra de agua.