Capítulo 1 - cetiquimica2.files.wordpress.com · Yunus C. Termodinámica. (2012) 7ma edición. Ed....
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FUNDAMENTOS DE
MOTORES
Capítulo 1:
“Conceptos Básicos” Recopilado por:
M. En C. José Antonio González Moreno
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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.
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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.
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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
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1)
2)
3)
CpAire + CpCombust + Q = QR’xn
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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
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Proceso de Combustión
Ciclo de 4 Tiempos:
1) Admisión.
2) Compresión.
3) Fuerza o Explosión
4) Escape
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Proceso de Combustión
Ciclo de 4 Tiempos:
1) Admisión.
2) Compresión.
3) Fuerza o Explosión
4) Escape
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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(S) (BA) D
CV
TV CR
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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%
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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%
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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%
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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)
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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.
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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
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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.
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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.
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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.