República Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Educación

Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada Nacional UNEFA – Núcleo San Tome

“Excelencia educativa, Abierta al pueblo” San tome – Edo. Anzoátegui

Ingeniería Mecánica, IV Semestre.

MOTORES OTTO DE 4 TIEMPOS

Profesor: Ing. Marcos Rojas Integrantes:Ana MartínezAnyely Lanz

Mario GarcíaAlcides Velásquez

José MartínezAsignatura: MecánicaSección D-01

San tome, 11 de Mayo de 2012

Introducción

El motor es el encargado de aprovechar la energía calorífica aportada por el combustible en energía mecánica, gracias a la fuerza expansiva de los gases inflamados en el interior del motor, y a través del cigüeñal y la transmisión, la energía mecánica hace girar las ruedas. Y la energía que se transmiten a las ruedas es la energía útil del proceso.

Los motores térmicos o de explosión son motores de combustión interna, unos son de explosión a través de una chispa que origina la explosión (en este caso serian los de gasolina), y los de combustión por compresión (que se trataría de los motores diesel). En ambos casos quien recibe esta explosión es el pistón que gracias a un movimiento de biela manivela transforma el movimiento rectilíneo en un giro. Las partes de un motor de explosión es muy similar al motor de diesel, en la fig.1 se muestra un motor de explosión.

Figura 1. Motor explosión y sus partes

Índice

Un motor de combustión interna es básicamente una máquina que mezcla oxígeno con combustible gasificado. Una vez mezclados íntimamente y confinados en un espacio denominado cámara de combustión, los gases son encendidos para quemarse (combustión).Debido a su diseño, el motor, utiliza el calor generado por la combustión, como energía para producir el movimiento giratorio que conocemos. 

El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión interna de encendido provocado (motores de gasolina).

Un motor de combustión interna basa su funcionamiento, como su nombre lo indica, en el quemado de una mezcla comprimida de aire y combustible dentro de una cámara cerrada o cilindro, con el fin de incrementar la presión y generar con suficiente potencia el movimiento lineal alternativo del pistón

Hay dos tipos de motores que se rigen por el ciclo de Otto, los motores de dos tiempos y los motores de cuatro tiempos. Este último, junto con el motor diesel, es el más utilizado en los automóviles ya que tiene un buen rendimiento y contamina mucho menos que el motor de dos tiempos.

Funcionamiento del Motor

Motor de 4tiempos

Se denomina motor de cuatro tiempos al motor de combustión interna alternativo tanto de ciclo Otto como ciclo del diesel, que precisa cuatro carreras del pistón o émbolo (dos vueltas completas del cigüeñal) para completar el ciclo termodinámico de combustión. Estos cuatro tiempos son:

1er tiempo:  1-admisión: en esta fase el descenso del pistón aspira la mezcla aire combustible en los motores de encendido provocado o el aire en motores de encendido por compresión. La válvula de escape permanece cerrada, mientras que la de admisión está abierta. En el primer tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas da 90º y la válvula de admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente.

2do tiempo:   2-compresión: al llegar al final de la carrera inferior, la válvula de admisión se cierra, comprimiéndose el gas contenido en la cámara por el ascenso del pistón. En el 2º tiempo el cigüeñal da 360º y el árbol de levas da 180º, y además ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente.

3er tiempo:   3-explosión/expansión: al llegar al final de la carrera superior el gas ha alcanzado la presión máxima. En los motores de encendido provocado o de ciclo Otto salta la chispa en la bujía, provocando la inflamación de la mezcla, mientras que en los motores diesel, se inyecta a través del inyector el combustible muy pulverizado, que se autoinflama por la presión y temperatura existentes en el interior del cilindro. En ambos casos, una vez iniciada la combustión, esta progresa rápidamente incrementando la temperatura y la presión en el interior del cilindro y expandiendo los gases que empujan el pistón. Esta es la única fase en la que se obtiene trabajo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º mientras que el árbol de levas da gira, ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente.

4to tiempo:   4- escape: en esta fase el pistón empuja, en su movimiento ascendente, los gases de la combustión que salen a través de la válvula de escape que permanece abierta. Al llegar al punto máximo de carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión, reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol gira 90º.

Rendimiento Volumétrico

Los motores Otto poseen unas formas comunes para la disposición de los cilindros que Se dividen en Motor en V y en línea, con un número de cilindros variable en función de la cilindrada total del motor. Los motores Otto usan generalmente un Turbocompresor que son los que le dan la presión en la admisión, es decir, son sobrealimentados empleando un compresor. Los motores sobrealimentados se emplean cada vez más, ya que manteniendo el tamaño del motor (peso) proporcionan mayor potencia.

Como el tiempo de admisión es demasiado breve, los gases de mezcla fresca dentro del cilindro nunca alcanzan el valor de la presión atmosférica. Comparando dos motores iguales, el que sea capaz de llenar en mejor forma sus cilindros será el más eficiente.Se denomina rendimiento volumétrico al porcentaje de presión de llenado de un cilindro. Por ejemplo, si la presión barométrica es de 1.000 milibares, el motor tendrá un 80% de rendimiento volumétrico cuando los gases en sus cilindros alcanzan una presión de 800 milibares, antes de comenzar la carrera de compresión. Normalmente los rendimientos de los motores Otto son aceptables, aunque raramente sobrepasan el 50%.

Fuerza de Torsión

El torque o par es el nombre que se da a las fuerzas de torsión.Torque es la fuerza giratoria que mueve el cigüeñal y se transmite hacia las ruedas. El valor del par depende del radio de acción de la fuerza (brazo del cigüeñal). A mayor brazo mayor par.

El calor que se genera en la cámara de combustión cuando se quema la mezcla produce fuerza de expansión en los gases presentes. Esta característica expansiva de los gases es lo que ejerce la fuerza para generar el movimiento del motor, esto es debido a que al aumentar la presión en la cámara de combustión el combustible se mezcla mejor con el aire, y al aumentar la presión la expansión de los gases, aportan un impulso mayor al pistón.

Par de Torsión

El par o torque es un número que expresa el valor de la fuerza de torsión. Para que la torsión exista se requieren 2 fuerzas (par). Se expresa en kilos x metros. Es decir, si tiramos un brazo de 1 metro de largo con la fuerza de 1 kilo, el torque o par será de 1 kilo x metro (1 kilográmetro).

En un motor de pistones la capacidad de ejercer fuerza de torsión es limitada. Depende de la fuerza de expansión máxima que logran los gases en el cilindro. El torque máximo se consigue cuando el rendimiento volumétrico (% de llenado de cilindros) es máximo. Esta última condición es la que permite quemar mayor cantidad de combustible y por lo tanto se dispone de mayor temperatura para expandir los gases. El par motor también depende del largo del brazo del cigüeñal.

Hp (potencia) y Torque de motores

Los motores convierten la energía de la gasolina en torque. La Potencia es el torque multiplicado por las revoluciones del motor (P= Torque*rpm). Los motores Otto trabajan de 2.500 a 5.000 rpm. Según el concepto anterior podemos decir que si tiramos un brazo del cigüeñal de 1 metro de largo con la fuerza de 1 kilo obtendremos un torque de 1 Kilográmetro, la rpm del motor es igual a 3000, entonces la potencia seria igual a 3000 Kilográmetros*rpm o Par de motor.

Otra de las formas de medir la potencia es a través de la capacidad del motor de producir trabajo en cierto período de tiempo.

El trabajo que se consigue es la fuerza por la distancia recorrida por el pistón, y esta fuerza es el producto de la presión ejercida por los gases de la combustión por la superficie de este. Siendo W el trabajo, F fuerza y d distancia recorrida, la ecuación del trabajo es:

W=F∗d

Y si este trabajo se realiza en un tiempo t determinado podemos determinar la potencia P

con la siguiente ecuación: P=Wt

La potencia es un factor que depende mucho del tipo de motor, porque depende de la cilindrada y de la relación de compresión, y también del número de cilindros, la carrera y el régimen de giro del motor. Torque es la medida del trabajo que es capaz de realizar un motor, mientras que potencia es cuán rápido puede hacer el trabajo. Ya que la potencia es calculada con el torque, lo que buscamos es la mayor cantidad de torque, en el rango de revoluciones más amplio posible.

Presión ejercida en el cilindrado

El Cilindro es el elemento estático por el que se desplaza el pistón por movimiento rectilíneo. En los motores Otto el turbocompresor está menos difundido debido a que un motor Otto trabaja con deficiencia de aire al haber mariposa, por una parte; esto significa que a diferente cilindrada unitaria y diferente régimen del motor (rpm) entra menos aire que en un cilindro diesel. Por otra parte, las presiones alcanzadas al final de la carrera de compresión y sobre todo durante la carrera de trabajo son mucho menores (15-25 bares) que en el motor de ciclo Diesel (40 a 55 bares). Esta baja presión, necesaria para alcanzar la temperatura requerida para la auto-ignición de la gasolina, es el origen de que la fuerza de los gases de escape y la carga requerida al motor sea mucho menor en el del diesel.

Eficiencia Mecánica

La eficiencia o rendimiento térmico de un motor de este tipo depende de la relación de compresión, proporción entre los volúmenes máximo y mínimo de la cámara de combustión. Esta proporción suele ser de 8 a 1 hasta 10 a 1 en la mayoría de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando así la eficiencia del motor, pero este diseño requiere la utilización de combustibles de alto índice de octanos para evitar la detonación. Una relación de compresión baja no requiere combustible con alto número de octanos para evitar este fenómeno; de la misma manera, una compresión alta requiere un combustible de alto número de octanos, para evitar los efectos de la detonación, es decir, que se produzca una auto ignición del combustible antes de producirse la chispa en la bujía. El rendimiento medio de un buen motor Otto de 4 tiempos es de un 25 a un 30%, inferior al rendimiento alcanzado con motores diesel, que llegan a rendimientos del 30 al 45%, debido precisamente a su mayor relación de compresión.

Control del Par motor: Se efectúa controlando la cantidad de aire o mezcla carburada que entra al motor, mediante el acelerador. De esta manera ajusta el conductor el par motor a la carga motor.

La eficiencia o rendimiento de los motores Otto modernos se ve limitada por varios factores, entre otros, la pérdida de llenado en el proceso de renovación de la carga energía por la fricción y la refrigeración.

En el ciclo Otto los motores trabajan en un rango de presiones de combustión de 25 a 30 bares, partiendo de una relación de compresión de 9 a 10, y en los que la relación de aire/combustible toma valores de 0,9 a 1,1.

Sistema de Lubricación del Motor Otto

En un motor, cualquiera que sea el sistema de lubricación empleado, su misión es la de suministrar la cantidad de aceite suficiente a todas las partes móviles, para realizar el engrase de forma conveniente.

Este sistema es el que mantiene lubricadas todas las partes móviles de un motor, a la vez que sirve como medio refrigerante. Tiene importancia porque mantiene en movimiento mecanismos con elementos que friccionan entre sí, que de otro modo se engranarían, agravándose con la alta temperatura reinante en el interior del motor.

La función es la de permitir la creación de una cuña de aceite lubricante en las partes móviles, evitando el contacto metal con metal, además produce la refrigeración de las partes con alta temperatura al intercambiar calor con el medio ambiente cuando circula por zonas de temperatura más baja o pasa a través de un radiador de aceite.

Consta básicamente de una bomba de circulación, un regulador de presión, un filtro de aceite, un radiador de aceite y conductos internos y externos por donde circula.

El funcionamiento consiste en que una bomba, generalmente de engranajes, toma el aceite del depósito del motor, usualmente el Carter, y lo envía al filtro a una presión regulada, se distribuye a través de conductos interiores y exteriores del motor a las partes móviles que va a lubricar y/o enfriar, luego pasa por el radiador donde se extrae parte del calor absorbido y retorna al depósito o Carter del motor, para reiniciar el ciclo.

BMW Serie 7 750i 407 Cv

Características técnicas del MotorCombustible GasolinaCilindrada (cc) 4.395Potencia máxima (Cv / r.p.m.) 407 / 5.500Tracción DelanteraLargo (milímetros) 5.072Alto (milímetros) 1.902Ancho (milímetros) 1.479Maletero (litros) 500Peso (kilogramos) 2.575Velocidad máxima (km/h) 250Aceleración de 0-100 km/h (seg) 5,2Emisiones de CO2 (g/km) 266Numero de Cilindros 8 en VVálvulas por cilindros 4Par motor máximo Nm/r.p.m 600/1.500 – 4.500Diámetro por carrera 88,3 mm x 89 mmAlimentación Inyección directa de gasolina (High Precision

Injection). Dos turbocompresoresRelación de compresión 10,0 : 1

Conclusiones

El motor s el mecanismo capaz de transformar energía química en calorífica y posteriormente a mecánica. La energía ni se crea ni se destruye, se transforma y un motor de explosión tiene un rendimiento como máximo de un 50% aproximadamente, ya que mucha energía se disipa en calor por las temperaturas en las que se trabaja y en rozamiento.

El motor de combustión interna o motor de explosión, aprovecha la fuerza expansiva de los gases inflamados en el interior del cilindro, para empujar un pistón que gracias a la biela y el cigüeñal transforma una energía rectilínea en energía giratoria.

La composición de la gasolina es carbono e hidrogeno, y este se separa mediante el aumento de la presión y la temperatura en la fase de compresión del pistón, y gracias al salto de chispa ocasionado por la bujía los gases comprimidos explotan y hacen bajar el pistón. La gasolina para ser comprimida entra en fase gaseosa y se mezcla con el oxigeno.