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Motores y componentes mecánicos


Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - MAQUINARIA AUXILIAR Y EQUIPOS DE ELEVACIÓN, Motores y componentes mecánicos    

Un motor es la parte de una máquina capaz de hacer funcionar algo transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento. De hecho, gran parte de la maquinaria empleada en ingeniería civil utiliza motores de combustión interna para su funcionamiento, especialmente motores diesel turboalimentados. En este post vamos a repasar muy brevemente este tipo de motores y dejaremos alguna animación para su mejor comprensión. En otros posts profundizaremos en la explicación y funcionamiento más detallado.

Los motores térmicos producen trabajo aprovechando la energía de los cuerpos que se encuentran a una temperatura elevada. A este tipo pertenecen los motores de combustión, en el que el medio de trabajo o sustancia a la que se le va a extraer la energía térmica ha adquirido su alta temperatura aprovechando el calor desprendido de una combustión. En la Tabla 1  se clasifican los motores térmicos de combustión.

    MOTORES TÉRMICOS     Combustión interna     Combustión externa
  Alternativos De explosiónDiesel  Máquina de vapor
  Rotativos De explosiónTurbina de gas  Turbina de vapor

Tabla 1.- Clasificación de los motores térmicos de combustión.

Los motores endotérmicos o de combustión interna aprovechan la energía generada por la expansión de un combustible en el interior de una cámara transformándola en movimiento. Si bien existen antecedentes a mediados del siglo XVII con Huygens y Papin con motores de pólvora, no fue hasta 1794 en el que el inglés Robert Street patentó el primer motor alternativo de combustión interna que utilizaba una mezcla de aire y combustible gaseoso. El primer motor de este tipo capaz de soportar una utilización continuada en el ámbito industrial fue construido por el francés Etienne Lenoir en 1859, siendo mejorado notablemente por el alemán Nikolaus Otto en 1876 con su motor de cuatro tiempos.

El primer motor de gasolina fue diseñado y patentado por el ingeniero alemán Gottlieb Daimler en 1885, y en 1892 su compatriota Rudolf Diesel patenta el primer motor de encendido de compresión.

Los motores de combustión interna pueden clasificarse atendiendo a diferentes conceptos:

  • Por la forma de iniciar la combustión: Motores Otto (motores de explosión: encendido por chispa) y motores Diesel (encendido por compresión).
  • Por el ciclo de trabajo: Motores de 4 tiempos y motores de 2 tiempos.
  • Por el movimiento del pistón: Motores de pistón alternativo y motores de pistón rotativo.

El motor de combustión interna alternativo es una máquina térmica de desplazamiento positivo que permite la transformación de energía térmica obtenida mediante un proceso de combustión en el propio fluido operante, en energía mecánica mediante el movimiento lineal de un émbolo. El fluido comprime y expande un volumen cerrado deformable formado por el cilindro, el pistón y la culata.

Motor de explosión de cuatro tiempos

Dentro de los motores de combustión interna rotativos, el motor Wankel, cuya patente data de 1936, se diferencia enormemente de los motores convencionales. Conserva el producto, la compresión, la potencia y el ciclo familiar del extractor, pero utiliza, en vez de un pistón, de un cilindro y de válvulas mecánicas, un rotor triangular que gira alrededor del excéntrico. Otro tipo son las turbinas de gas, que son motores  compuestos por uno o varios compresores, una o varias cámaras de combustión dispuestas anularmente alrededor del eje de la máquina, una turbina de uno o varios escalones que acciona el compresor y una turbina de potencia donde el trabajo producido se puede utilizar para generar energía eléctrica, mover la hélice de una aeronave, etc. Además lleva un pequeño motor de arranque y un sistema de inyección del combustible en la cámara de combustión y de regulación del régimen de la máquina.

Motor Wankel

Os paso un vídeo explicativo de la academia SERFA al respecto.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

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motoranimation1hk5Aprende a calcular el rendimiento de un motor térmico a partir de su velocidad de régimen y su par motor conociendo las características de su combustible. Evalúa cómo influye en el gasto que el motor sea de cuatro tiempos o de dos tiempos en idénticas condiciones de funcionamiento.

El enunciado del problema es el siguiente: Un motor de cuatro tiempos consume 8,47 litros a la hora de un combustible de 0,85 kg/dm3 de densidad y 41000 kJ/kg de poder calorífico. Entrega un par de 78,3 Nm a 3000 rpm. Se pide:

  1.  Calcular la masa de combustible consumida en cada ciclo
  2.  Calcular el rendimiento del motor
  3.  ¿Qué consecuencias tendría en el consumo/ciclo si el motor fuera de dos tiempos?

Para ello te dejo un vídeo de Javier Luque que espero te resulte de interés.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

25 agosto, 2017
 
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Motor de dos tiempos. Wikipedia

El motor de dos tiempos, es un motor de combustión interna que realiza las cuatro etapas del ciclo termodinámico (admisión, compresión, explosión y escape) en dos movimientos lineales del pistón (una vuelta del cigüeñal). Este motor presenta, en condiciones similares de cilindrada, número de cilindros, etc., doble de potencia que el de cuatro, pero presenta el inconveniente de que su potencia queda algo disminuida por las deficiencias de barrido de los gases producidos en la combustión. Estos motores se caracterizan por su ligereza y bajo coste, no presentando válvulas, lo cual supone una eliminación de complicaciones mecánicas.

  • Primer tiempo: se produce la combustión, expansión de los gases y descenso del pistón; llega un momento en que éste descubre la lumbrera de escape, al mismo tiempo que comprime por su parte inferior los gases, empujándolos a través de la galería de trasiego o paso hacia el cilindro.
  • Segundo tiempo: sube el pistón, descubriéndose la lumbrera de admisión, si cono es normal no lleva válvulas. Se cierra a continuación la galería y la lumbrera de escape y se produce la compresión de los gases.

Motor Otto de dos tiempos. Wikipedia

 

Para tener una visión más completa de este motor, os dejo el siguiente objeto de aprendizaje de la Universidad de La Laguna. Espero que os sea útil.

Otro vídeo explicativo es el siguiente:

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

 

 

15 julio, 2017
 
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Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - Generadores eléctricos, compresores, bombas y ventiladores, MAQUINARIA AUXILIAR Y EQUIPOS DE ELEVACIÓN, Motores y componentes mecánicos    

dobefAprende a calcular las dimensiones de un cilindro de doble efecto conocidas sus condiciones de trabajo. Se trata de explicar cuándo debes usar la ley de Boyle para el caso de que nos pidan el volumen de aire en condiciones normales (a presión atmosférica) para un ciclo de funcionamiento. También se calcula la presión de trabajo requerida.

El enunciado del problema sería el siguiente: Se desea diseñar un cilindro de doble efecto cuyo émbolo soporte en el avance una fuerza de 3000 N con una carrera de 90 mm. Se pide:

  1. Calcular el diámetro del émbolo sabiendo que el diámetro del vástago es 20 mm y el consumo de aire medido a la presión de trabajo es 0,8 libros por ciclo
  2. Calcular la presión de trabajo despreciando la fuerza de rozamiento

Para ello os dejo el siguiente vídeo de Javier Luque que espero os sea útil.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; ALCALÁ, J. (2012). Maquinaria auxiliar y equipos de elevación. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 200 pp.

9 junio, 2016
 
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Descargar (PDF, 434KB)

13 marzo, 2016
 
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La relación de compresión en un motor de combustión interna es el número que permite medir la proporción en que se ha comprimido la mezcla de aire-combustible (Motor Otto) o el aire (Motor Diésel) dentro de la cámara de combustión de un cilindro. Para calcular su valor teórico se utiliza la fórmula siguiente:

{RC} = \frac { \frac { \pi }{ 4 }* d^2*s +V_c } {V_c}

donde

Independientemente al número de cilindros, la fórmula se aplica a uno solo. Ejemplo: un motor de cuatro cilindros en línea (4L) con 1.4 litros de desplazamiento, se divide el desplazamiento entre el número de cilindros (1 400 cc / 4 = 350 cc). A este valor se le suma el volumen de la cámara ( 350 cc + 40 cc = 390 cc y se divide por el volumen de la cámara (390 cc / 40 cc = 9.75). La relación de compresión de este motor es de 9.75:1. O sea, la mezcla se comprime en la cámara 9.75 veces.

La relación de compresión es uno de los factores que infieren en el funcionamiento de un motor de combustión interna, que a su vez actúa sobre el rendimiento térmico de este motor. El rendimiento térmico, para decirlo de forma sencilla, es la forma en que ese motor aprovecha de la mejor manera posible la energía proveniente de la combustión de la mezcla aire-combustible.

Os dejo un vídeo explicativo que espero que os guste.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; ALCALÁ, J. (2012). Maquinaria auxiliar y equipos de elevación. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 200 pp. Depósito Legal: V-316-2012.

 

20 marzo, 2014
 
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Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - MAQUINARIA AUXILIAR Y EQUIPOS DE ELEVACIÓN, Motores y componentes mecánicos    

En los vehículos, la caja de cambios o caja de velocidades  forma parte de la transmisión del automóvil, y es el elemento encargado de obtener en las ruedas el par motor suficiente para poner en movimiento el vehículo desde parado, y una vez en marcha obtener un par suficiente en ellas para vencer las resistencias al avance, fundamentalmente las derivadas del perfil aerodinámico, de rozamiento con la rodadura y de pendiente en ascenso.  En general es un mecanismo que gana en par motor a expensas de la disminución de la velocidad de rotación y utiliza para ello diferentes etapas de reducción con engranajes que pueden ser permutadas a voluntad del conductor o bien de manera automática. La cantidad de etapas de cambio dependerá del campo de utilización del automóvil y de la elasticidad del motor.

Si no existiera forma de variar la relación de determinado giro entre el motor y las ruedas, el vehículo, a un régimen del motor, marcharía siempre a la misma velocidad debido a la relación constante de transmisión entre los engranajes desde el motor hasta la rodadura. Precisamente lo que hace una caja de cambios es engranar dos piñones de distinto número de dientes para lograr una relaciones adecuadas a la potencia del motor, su peso, sus neumáticos y la velocidad máxima deseada.

Una buena referencia a este tema es el siguiente post: http://professionalautomotive.wordpress.com/2012/07/24/cajas-de-cambio-tipos-y-funcionamiento/ Os dejamos un par de vídeos donde podremos ver una explicación sencilla sobre el funcionamiento de un cambio manual y de su función en un vehículo. Espero que os sean útiles.

(más…)

1 marzo, 2014
 

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Freno de disco en una motocicleta. Wikipedia.

Constituyen el mecanismo del vehículo por el cual disminuye la velocidad o incluso se detiene. Se consigue una disminución moderada de la marcha con el denominado freno motor: el propio motor disminuye la velocidad del vehículo si se deja de acelerar la máquina. Sin embargo se requieren otros mecanismos específicos.

Tipos de frenos:

  • Freno de cinta: es una banda que abraza la llanta de una polea calada en el eje que se desea frenar. Es muy habitual en los tractores de orugas.
  • Freno de zapatas: muy utilizado en vehículos de neumáticos. El frenado consiste en la aplicación de una superficie fija contra un tambor giratorio.
  • Freno de disco: actúan mediante unos émbolos que oprimen unas zapatas sobre ambas caras de un disco unido a la rueda del vehículo.

Se distinguen tres tipos distintos de accionamientos de los frenos:

  1. Mando mecánico: sólo empleado para el estacionamiento en tractores de pequeña potencia.
  2. Mando hidráulico: es el sistema más habitual para accionar los frenos de los tractores, turismos y camiones. Se trata de un sistema de transmisión hidráulico desde el pedal hasta las zapatas o discos.
  3. Mando neumático: utilizado en camiones de gran tonelaje y algunos tractores de arrastre. Se basa en la presión de un circuito de aire comprimido.

 

Os dejo el siguiente vídeo explicativo, que espero os sea útil.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; ALCALÁ, J. (2012). Maquinaria auxiliar y equipos de elevación. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 200 pp. Depósito Legal: V-316-2012.

 

17 febrero, 2014
 

Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - MAQUINARIA AUXILIAR Y EQUIPOS DE ELEVACIÓN, Motores y componentes mecánicos    

Embrague acoplado/desacoplado. Wikipedia.

El embrague es un sistema que permite tanto transmitir como interrumpir la transmisión de una energía mecánica a su acción final de manera voluntaria. En un automóvil, por ejemplo, permite al conductor controlar la transmisión del par motor desde el motor hacia las ruedas.

Os dejo la siguiente presentación de Lucía Gutiérrez Castellón, que espero os sea útil para entender su funcionamiento.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; ALCALÁ, J. (2012). Maquinaria auxiliar y equipos de elevación. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 200 pp. Depósito Legal: V-316-2012.

15 febrero, 2014
 
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