Motores
Guía Didáctica
Santiago Sanz Acebes
Maquetación, diseño de interiores y realización de gráficos:
J.B. Estudio Gráfico y Editorial, S. L.
Dibujos: J.B. Estudio Gráfico y Editorial, S. L. Fotografías: Autores y archivo Editex. Diseño de portada: Pachi Larrosa. Fotografías de portada: Saab.
Coordinación y supervisión pedagógica y técnica:
Equipo Editex.
Los autores y Editorial Editex agradecen a las firmas arriba citadas la colaboración prestada al permitir y facilitar la reproducción de fotos y gráficos de sus productos.
Editorial Editex, S. A., ha puesto todos los medios a su alcance para re-conocer en citas y referencias los eventuales derechos de terceros y cumplir todos los requisitos establecidos por la Ley de Propiedad Intelec-tual. Por las posibles omisiones o errores, se excusa anticipadamente y está dispuesta a introducir las correcciones precisas en posteriores edi-ciones o reimpresiones de esta obra.
El presente material didáctico ha sido creado por iniciativa y bajo la coordinación de Editorial EDITEX, S. A., conforme a su propio proyecto editorial.
Reservados todos los derechos. Ni la totalidad, ni parte de este libro, pueden reproducirse o transmitirse o archivarse por ningún procedimiento mecánico, informático o electrónico, incluyendo fo-tocopia, grabación o cualquier sistema de almacenamiento de in-formación sin permiso escrito de Editorial Editex, S. A.
© Santiago Sanz Acebes. © Editorial Editex, S. A.
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0. PRESENTACIÓN... 5
1. OBJETIVOS GENERALES DEL MÓDULO... 9
2. ORGANIZACIÓN DE LOS CONTENIDOS DEL TEXTO ... 13
3. METODOLOGÍA... 17
3.1. Distribución temporal... 19
4. ESTRUCTURA DE CONTENIDOS ... 21
BLOQUE TEMÁTICO I: Motores de cuatro tiempos Otto y Diesel... 25
Unidad de trabajo 0: Introducción... 27
Unidad de trabajo 1: El motor Otto de cuatro tiempos ... 31
Unidad de trabajo 2: El motor Diesel de cuatro tiempos... 35
Unidad de trabajo 3: Características de los motores... 39
Unidad de trabajo 4: Disposición de los cilindros en el motor ... 45
BLOQUE TEMÁTICO II: Estudio y verificación de los componentes del motor ... 49
Unidad de trabajo 5: La culata ... 51
Unidad de trabajo 6: Desmontaje y comprobación de la culata ... 55
Unidad de trabajo 7: El sistema de distribución ... 59
Unidad de trabajo 8: Sistemas para mejorar la carga del cilindro... 63
Unidad de trabajo 9: Comprobación de la distribución... 67
Unidad de trabajo 10: Verificación y puesta a punto de la distribución ... 71
Unidad de trabajo 11: Bloque motor y tren alternativo... 75
Unidad de trabajo 12: Comprobación de pistón, biela, cigüeñal y bloque ... 79
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BLOQUE TEMÁTICO III: Sistemas de lubricación y refrigeración ... 83
Unidad de trabajo 13: El sistema de lubricación ... 85
Unidad de trabajo 14: Mantenimiento y comprobación del sistema de lubricación . 89 Unidad de trabajo 15: El sistema de refrigeración... 93
Unidad de trabajo 16: Comprobación del sistema de refrigeración... 97
BLOQUE TEMÁTICO IV: Motores de dos tiempos y motores rotativos ... 101
Unidad de trabajo 17: El motor de dos tiempos ... 103
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El módulo de Motores forma parte del ciclo formativo de grado medio de Técnico en Electromecánica de Vehículos, cuyo título y sus correspondientes enseñanzas mínimas quedan establecidas en el Real De-creto 1649 / 1994 de 22 de julio. Esta guía didáctica se ha desarrollado siguiendo el currículo oficial del módulo profesional de Motores.
La programación que aquí se ofrece pretende ser un medio para llevar a la práctica, de una manera or-ganizada, los conceptos y procedimientos contenidos en el módulo con el fin de conseguir los objetivos fijados.
Al principio de cada Bloque Temático se ha realizado una programación general que incluye objetivos, contenidos y criterios de evaluación.
Para cada Unidad de Trabajo se han programado de manera más concreta los objetivos a conseguir, los contenidos soporte (conceptos) y los contenidos organizadores (procedimientos).
Se resuelven las cuestiones planteadas en el libro de texto, tanto las actividades iniciales como las ac-tividades de enseñanza-aprendizaje.
También se extractan las operaciones a realizar en los procesos prácticos y como actividad de amplia-ción se elabora un guión para que el alumno realice una memoria resumen de la práctica.
El propósito de esta guía no es otro que el de aportar al profesor una herramienta que le facilite la rea-lización de su trabajo diario con los alumnos.
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La finalidad de este módulo es la de formar un téc-nico que sea capaz de realizar las operaciones de mantenimiento del motor térmico, ajustándose a procedimientos y tiempos establecidos, consi-guiendo la calidad requerida y en condiciones de seguridad.
Los objetivos generales asignados al módulo son: – Realizar, en condiciones de seguridad, el diag-nóstico de averías en los motores térmicos uti-lizando la documentación técnica y los equi-pos adecuados que permitan identificar la avería y las causas que la provocan.
– Mantener conjuntos o subconjuntos mecáni-cos del motor devolviéndoles sus prestaciones de correcto funcionamiento.
– Mantener los sistemas de lubricación y refrige-ración consiguiendo que la temperatura del re-frigerante y la presión del lubricante estén den-tro de los márgenes previstos.
– Ejecutar todas las operaciones de manteni-miento del motor térmico de acuerdo con las normas de seguridad y salud laboral.
Capacidades terminales
Para realizar el mantenimiento de los motores tér-micos el alumno deberá adquirir las siguientes «capacidades terminales» correspondientes a este módulo:
– Analizar la constitución y funcionamiento de los motores de dos y cuatro tiempos para se-leccionar el procedimiento que se debe de uti-lizar en las operaciones de mantenimiento. – Analizar la constitución, características y
fun-cionamiento de los motores Wankel.
– Analizar la constitución y funcionamiento de los sistemas de lubricación y refrigeración de los motores térmicos para seleccionar el pro-cedimiento que se debe utilizar en las opera-ciones de mantenimiento.
– Operar diestramente con los medios, equipos, herramientas y utillaje específico para realizar
el mantenimiento en los motores térmicos de dos y cuatro tiempos.
– Operar diestramente con los medios, equipos, herramientas y utillaje específico para realizar el mantenimiento de los sistemas de lubrica-ción y refrigeralubrica-ción de los motores térmicos. La terminología básica del catálogo de títulos de la Formación Profesional Específica define la
ca-pacidad terminal como la expresión de la com-petencia profesional que acredita el título, en
for-ma de resultados que deben ser alcanzados por los alumnos.
El conjunto de capacidades terminales de cada tí-tulo definen y expresan los aspectos básicos de la competencia profesional y el nivel de formación y constituyen la competencia característica de cada título.
Esta competencia característica permite la validez del título en todo el territorio del estado. Determi-na la cualificación mínima del título que debe ser alcanzada por todas las administraciones educati-vas a fin de conseguir la preparación profesional básica que permite la identificación estatal de la cualificación y el grado de homogeneidad nece-sario en la misma.
Competencia profesional es el conjunto de
capa-cidades necesarias para realizar roles y situacio-nes de trabajo a los niveles requeridos en el em-pleo. Incluyen la anticipación de problemas, la evaluación de las consecuencias del trabajo y la facultad de participar activamente en la mejora de la producción.
La competencia requerida en el empleo se expre-sa mediante las realizaciones profesionales y el dominio profesional de las mismas contenidas en el perfil profesional de cada título.
La competencia básica, característica de cada tí-tulo, se define y expresa mediante el conjunto de capacidades terminales del mismo.
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El libro de motores se compone de cuatro Bloques Temáticos, que a su vez están divididos en Unidades Didácticas.
Cada una de las Unidades Didácticas está estructu-rada según los siguientes apartados:
Presentación-motivación: introduce la unidad a
tra-vés de un texto breve que anticipa el contenido in-tentando conectar con los intereses del alumno.
Estructura de contenidos: índice secuencial de los
contenidos tratados en la unidad, cuyo fin es el co-nocimiento de los objetivos a conseguir.
Esquema conceptual: consiste en un esquema o
di-bujo que organiza los contenidos de forma sinóptica.
Actividades iniciales: cuestiones y ejercicios
anti-cipadores de los contenidos que permiten detec-tar los conocimientos previos del alumnado (eva-luación inicial).
Desarrollo de contenidos: exposición estructurada
de los conceptos y procedimientos (contenidos como soporte de los procedimientos).
Actividad desarrollada: ejemplificaciones de
problemas planteados y desarrollados.
Actividades de enseñanza-aprendizaje:
activi-dades dirigidas a fijar los contenidos esenciales de la unidad. También se incluyen propuestas de procesos prácticos como aplicación de los contenidos (saber hacer).
Se ha pretendido diferenciar claramente dos ti-pos de unidades didácticas: las de carácter tec-nológico que aportan los conceptos, y las de contenido práctico donde se propone la reali-zación de los procesos mediante los cuales, los alumnos, puedan desarrollar sus habilidades y destrezas.
La secuenciación de las unidades didácticas se ha establecido siguiendo unos criterios que per-miten que las prácticas se realicen una vez que los alumnos hayan adquirido los conceptos ne-cesarios.
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El profesor decidirá el método didáctico más apro-piado en función de las características del grupo de alumnos y de las instalaciones disponibles en el centro. La metodología que se propone está basa-da en la activibasa-dad de los alumnos. Éstos se dividen en pequeños grupos para llevar a cabo los proce-sos prácticos que tendrán como soporte los con-ceptos adquiridos, de forma que se facilite el aprendizaje a través del razonamiento y la expe-rimentación.
El profesor expone los objetivos a conseguir,
ex-plica con claridad los conceptos tecnológicos y la forma más adecuada de realizar los procesos. En el transcurso de las prácticas, debe dirigir y orien-tar a los alumnos, aclarar sus dudas, fomenorien-tar la cooperación dentro del grupo y procurar la parti-cipación de todos sus componentes.
El alumno, mediante la práctica, aplica los
con-ceptos adquiridos y aprende a realizar los proce-sos. Deberá valorar los resultados obtenidos en las comprobaciones relacionando las causas con sus efectos y cumplir en todo momento las normas de seguridad.
El libro de texto debe servir como guía y apoyo
del alumno en el proceso de enseñanza-apren-dizaje.
A lo largo de la asignatura se tratará de relacionar los contenidos que se están impartiendo con los adquiridos anteriormente o en otras materias. Se recordará el contenido del módulo de Seguri-dad en el Mantenimiento de Vehículos, con el fin
de tomar las medidas de precaución y de protec-ción que sean necesarias.
Será de gran utilidad actualizar o ampliar, si fuera necesario, los conocimientos sobre el empleo de aparatos de medida adquiridos en el módulo de Mecanizado.
Así mismo se procurará concienciar a los alumnos sobre la importancia de tratar correctamente los residuos contaminantes para proteger el medio ambiente
Como complemento a la formación se programa-rán visitas a empresas o industrias relacionadas con la fabricación y reparación de motores y sus componentes.
3.1. Distribución temporal
La duración del módulo es de 160 horas distri-buidas en 5 horas semanales. El número de ho-ras asignado a cada bloque temático, incluida la evaluación, es el siguiente:
Bloque Temático 1 - 20 h, 4 semanas Bloque Temático 2 - 100 h, 20 semanas Bloque Temático 3 - 15 h, 3 semanas Bloque Temático 4 - 25 h, 5 semanas Este horario se adaptará en función del material disponible para las prácticas, del número de alumnos por grupo o del ritmo de trabajo de los alumnos.
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BLOQUES TEMÁTICOS
I MOTORES DE CUATRO TIEMPOS OTTO Y DIESEL
0 Introducción
1 El motor Otto de cuatro tiempos 2 El motor Diesel de cuatro tiempos 3 Características de los motores
4 Disposición de los cilindros en el motor II ESTUDIO Y VERIFICACIÓN DE
LOS COMPONENTES DEL MOTOR 5 La culata
6 Desmontaje y comprobación de la culata 7 El sistema de distribución
8 Sistemas para mejorar la carga del cilindro 9 Comprobación de la distribución
10 Verificación y puesta a punto de la distribución 11 Bloque motor y tren alternativo
12 Comprobación de pistón, biela, cigüeñal y bloque
III SISTEMAS DE LUBRICACIÓN Y REFRIGERACIÓN
13 El sistema de lubricación
14 Mantenimiento y comprobación del sistema de lubricación
15 El sistema de refrigeración
16 Comprobación del sistema de refrigeración IV MOTORES DE DOS TIEMPOS
Y MOTORES ROTATIVOS 17 El motor de dos tiempos 18 El motor rotativo Wankel
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Motores de cuatro tiempos
Otto y Diesel
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n este bloque temático se estudia el funcionamiento de los motores de 4 tiempos Otto y Diesel. Los ciclos de trabajo, diagramas, rendimientos y sus principales características: curvas de potencia, par y consumo específico. La constitución básica de estos motores y la disposición de los cilindros. Comprende las siguientes unidades didácticas:0. INTRODUCCIÓN
1. EL MOTOR OTTO DE CUATRO TIEMPOS 2. EL MOTOR DIESEL DE CUATRO TIEMPOS 3. CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES
OBJETIVOS
– Analizar los principios de funcionamiento de los motores Otto y Diesel de cuatro tiempos. – Analizar las características fundamentales de los motores Otto y Diesel.
– Conocer la constitución básica de los motores.
– Identificar las diferencias principales entre los motores de ciclo Otto y Diesel. – Interpretar los diagramas y curvas características del motor.
CONTENIDOS
– Características, constitución y funcionamiento de los motores de cuatro tiempos Otto y Diesel. – Interpretación de diagramas de distribución y diagramas de presión - volumen.
– Análisis del rendimiento y curvas características del motor. – Estudio de los motores policilíndricos.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
– Conocer la constitución y las características principales de los motores Otto y Diesel de 4 tiempos. – Explicar el ciclo de trabajo de 4 tiempos en los motores Otto y Diesel.
– Representar los diagramas de presión - volumen y de distribución. Analizar la influencia de sus variacio-nes sobre el rendimiento del motor.
– Calcular la cilindrada y la relación de compresión de un motor.
– Explicar las diferencias de funcionamiento de los motores Otto y Diesel. – Explicar los tipos de rendimiento que se pueden obtener en un motor.
– Calcular la potencia, el par, y el consumo específico, y dibujar las curvas características del motor. – Describir las diferentes disposiciones de los cilindros en el motor y los tiempos de trabajo.
Introducción
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DE TRABAJO
OBJETIVOS
Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: – Conocer brevemente la historia del motor térmico de combustión interna. – Clasificar los diferentes tipos de motores de combustión interna.
BLOQUE TEMÁTICO I
ESTRUCTURA DE CONTENIDOS
1. Historia del motor.
2. El motor térmico de combustión interna.
2.1.Clasificación de los motores de combustión interna.
– Definición del motor térmico de combustión interna.
– Clasificación de los distintos tipos de motores de combustión interna.
– Participación activa en el desarro-llo de la unidad didáctica. – Receptividad y actitud favorable
para el aprendizaje.
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CTIVIDADES INICIALES1. ¿Quién construyó el primer motor de 4 tiempos?
El primer motor de combustión interna fue cons-truido por el francés Etienne Lenoir en 1863. Este motor fue mejorado notablemente por el alemán Nikolaus Otto, que en 1876 inventó el primer motor que funcionaba con el ciclo de cuatro tiempos. En su honor este motor de ex-plosión se denomina motor Otto.
2. ¿Qué transformación de energías realiza un motor térmico?
Se transforma la energía térmica en energía me-cánica, mediante la combustión de una mezcla de aire y carburante que se quema interiormen-te generando un trabajo mecánico.
3. ¿Qué se entiende por motor de combus-tión interna?
En este motor el trabajo se obtiene por la bustión interna de una mezcla de aire y com-bustible.
4. ¿Cómo se pueden clasificar los motores de combustión interna?
Por la forma de iniciar la combustión: – Motores Otto.
– Motores Diesel. Por el ciclo de trabajo: – Motores de 4 tiempos. – Motores de 2 tiempos. Por el movimiento del pistón: – Motores de pistón alternativo. – Motores de pistón rotativo.
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CTIVIDADES DE ENSEÑANZA-
APRENDIZAJEDe refuerzo
1. ¿En qué años se empezaron a construir los primeros motores de combustión interna?
En 1876 Nikolaus Otto inventó el primer motor que funcionaba con el ciclo de cuatro tiempos.
En 1878, el escocés Dugald Clerk construye el primer motor de dos tiempos.
En 1885, Daimler monta sobre un vehículo de dos ruedas un motor de gasolina de alta velocidad. En 1886, Karl Benz construye el primer auto-móvil de tres ruedas.
2. Cita todas las clases de motores que co-nozcas.
– Motores Otto. – Motores Diesel. – Motores de 4 tiempos. – Motores de 2 tiempos. – Motores de pistón alternativo. – Motores de pistón rotativo.
3. ¿Qué aplicaciones tiene el motor de com-bustión interna además de los automóviles?
– Motocicletas. – Camiones.
– Maquinaria agrícola.
– Maquinaria de obras públicas. – Locomotoras.
– Barcos.
– Aviones de pequeño tamaño. – Generadores eléctricos. – Compresores.
– Motobombas. – Motosierras. – Cortacesped.
4. ¿Cuántas vueltas gira el cigüeñal de un motor de 4 tiempos en cada ciclo y cuan-tas un motor de 2 tiempos?
Motor de 4 tiempos:
Su ciclo de trabajo se desarrolla en dos vueltas completas de cigüeñal.
Motor de 2 tiempos
En este motor, los procesos de carga, compre-sión, combustión y expulsión de los gases, se rea-liza en dos carreras del pistón, o sea, en una vuelta de cigüeñal.
5. ¿Cómo se pueden clasificar los motores por el ciclo de trabajo que desarrollan. Y por la forma de iniciar la combustión?
RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES
Por el ciclo de trabajo – Motores de 4 tiempos – Motores de 2 tiempos
Por la forma de iniciar la combustión – Motores Otto
– Motores Diesel
6. ¿Qué cilindradas unitarias se usan en los motores Otto?
Su volumen unitario oscila entre 250 y 500 cm3
por cilindro.
7. ¿Qué tipo de motor Diesel se utiliza en los vehículos pesados?
Los Diesel lentos se montan en camiones, auto-buses, locomotoras, barcos y maquinaria pesa-da, giran entre 900 y 2 000 rpm. Y tienen un volumen de hasta 2 litros por cilindro.
El Motor Otto
de cuatro tiempos
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DE TRABAJO
OBJETIVOS
Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: – Analizar las características y funcionamiento de los motores Otto de 4 tiempos.
– Analizar los procesos de intercambio de gases y de transformación de la energía en los motores Otto.
– Analizar e interpretar el diagrama real de trabajo en el motor Otto.
BLOQUE TEMÁTICO I
ESTRUCTURA DE CONTENIDOS
1. Características del motor Otto. 2. Constitución básica del motor
Otto.
3. Ciclo de trabajo de 4 tiempos. 4. Intercambio de gases. 4.1 Cotas de distribución 5. Proceso de transformación de la energía. 5.1 Relación de compresión. 5.2 Combustión. 6. Diagrama de trabajo.
– Descripción de las principales ca-racterísticas del motor Otto de cua-tro tiempos.
– Descripción e identificación de los componentes fundamentales de un motor Otto.
– Cálculo de la cilindrada y la relación de compresión.
– Descripción de los cuatro tiempos del ciclo de funcionamiento del mo-tor Otto.
– Análisis del proceso de intercambio de gases en el cilindro.
– Representación de las cotas de dis-tribución en un diagrama circular. – Análisis del proceso de
transforma-ción de la energía en el motor Otto. – Interpretación y análisis del diagra-ma real de trabajo del motor Otto.
– Participación activa en el desarro-llo de la unidad didáctica. – Receptividad y actitud favorable
para el aprendizaje.
– Orden en el transcurso de las ac-tividades.
– Responsabilidad en el trabajo.
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CTIVIDADES INICIALES1. ¿Dónde se realiza la mezcla de aire y com-bustible en los motores Otto?
La mezcla se realiza en el conducto de admisión y es arrastrada al interior del cilindro durante el proceso de admisión para después ser compri-mida.
2. ¿Cómo se produce el encendido?
La combustión se inicia al final de la compresión por el salto de una chispa eléctrica en la bujía que proporciona el sistema de encendido en el instante adecuado.
3. ¿Qué es la relación de compresión?
La relación existente entre el volumen del cilin-dro y el volumen de la cámara de combustión se denomina relación de compresión, y de ella de-penden la presión y la temperatura final de com-presión.
4. ¿Qué se entiende por intercambio de ga-ses?
El intercambio de los gases en el cilindro tiene como fin evacuar en su totalidad los residuos de la combustión para, a continuación, llenar el ci-lindro con mezcla fresca para ser quemada nue-vamente.
5. ¿Por qué son necesarias las cotas de dis-tribución?
Para lograr un buen llenado se hace necesario op-timizar el proceso aprovechando los efectos de la inercia a que esta sometida la masa gaseosa. Si se realiza la apertura y cierre de válvulas coin-cidiendo con los puntos muertos del pistón, per-manecerán abiertas solamente un ángulo de 180° y el intercambio de gases es deficiente. Las cotas de distribución aumentan los ángulos de apertura de las válvulas con el propósito fun-damental de mejorar el llenado de los cilindros.
6. ¿Qué es el rendimiento térmico?
El rendimiento térmico representa el grado de aprovechamiento de la energía calorífica. El ren-dimiento térmico será mayor cuanto más alta sea la temperatura alcanzada en la combustión y menores sean las pérdidas de calor.
7. ¿Qué representa el diagrama de trabajo de un motor?
El diagrama de trabajo o diagrama presión - vo-lumen (p-V), es la representación gráfica de los valores que va tomando la presión en el trans-curso de las 4 carreras que efectúa el pistón en un ciclo de trabajo.
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CTIVIDADES DE ENSEÑANZA-
APRENDIZAJEDe refuerzo
1. Describir el ciclo de trabajo en un motor Otto de 4 tiempos
Cada ciclo de trabajo se completa en cuatro ca-rreras del pistón.
Admisión:
El pistón comienza su carrera descendente y se abre la válvula de admisión. El aumento de vo-lumen en el cilindro provoca un vacío que aspi-ra la mezcla de aire y combustible entaspi-rando en el cilindro a gran velocidad.
Compresión:
Las dos válvulas están cerradas, el pistón en su ca-rrera ascendente comprime la mezcla según la Rc del motor entre 8 y 11 veces el volumen de la cá-mara de combustión. Al final de la compresión, poco antes de que el pistón llegue al PMS, salta una chispa en la bujía iniciándose la combustión.
Expansión:
La combustión de la mezcla comprimida causa un rápido aumento de la temperatura, apareciendo una alta presión que empuja el pistón hacia aba-jo, transformándose así la energía calorífica libe-rada en la combustión, en energía mecánica.
Escape:
La válvula de escape se abre al final de la carre-ra de expansión, cuando aún hay presión den-tro del cilindro, esta presión hace que los gases quemados salgan a gran velocidad hacia el con-ducto de escape. El ascenso del pistón expulsa el resto de los gases. La válvula de escape se cie-rra después de que el pistón haya pasado el PMS. Comienza de nuevo la admisión y el ciclo se repite.
2. ¿En qué momento se produce el encendi-do?
El encendido se produce en el tiempo de com-presión momentos antes de que el pistón llegue al PMS, este efecto se conoce como avance del encendido.
3. ¿Por qué es necesario el avance del en-cendido?
El avance al encendido es necesario para com-pensar el tiempo que la llama tarda en propagar-se y generar una alta presión. La presión máxima de combustión debe de aplicarse sobre la cabeza del pistón cuando éste ha superado el PMS.
4. ¿Cuál es la fórmula para calcular el volu-men unitario?
Vu= Volumen unitario.
D = Diámetro del cilindro. L = Carrera.
5. Si se aumenta el volumen del cilindro y se mantiene el de la cámara de combustión, ¿qué ocurre con la relación de compre-sión?
La relación de compresión aumenta. Como se demuestra con la siguiente fórmula, si se incre-menta Vu, también Rcse hace mayor.
Rc= Relación de compresión.
Vu= Volumen unitario.
Vc= Volumen de la cámara de combustión.
6. Durante la compresión ¿qué relación existe entre el volumen y la temperatura del gas?
Al reducir el volumen de un gas (compresión) au-menta la presión y la temperatura.
7. ¿Por qué es necesario el AAE?
La válvula de escape se abre antes de que el pis-tón llegue al PMI, cuando aún está bajando en el tiempo de expansión, en este momento la pre-sión dentro del cilindro es de 3 a 4 bar, lo que provoca una gran velocidad de salida de los ga-ses. La presión interna disminuye rápidamente, facilitando la carrera ascendente del pistón que barre los gases a unos 0,2 bar por encima de la presión atmosférica.
8. ¿Qué se consigue con el RCA?
La válvula de admisión se cierra después de que el pistón haya pasado el PMI. La gran velocidad que adquiere el fluido en la admisión hace que por inercia continúe entrando el gas, a pesar de que el pistón haya comenzado a subir, consi-guiéndose una notable mejora en el llenado del cilindro.
9. ¿Entre qué dos cotas se produce el cruce de válvulas?
El cruce de válvulas se produce entre el AAA y el RCE. Al final del escape y principio de admi-sión.
10. ¿Por qué los motores muy revolucionados necesitan un mayor cruce de válvulas?
A medida que aumenta el número de revolucio-nes, el tiempo disponible parar realizar el inter-cambio de los gases es menor, por lo que se hace necesario aumentar los ángulos de apertu-ra de las válvulas.
En los motores rápidos de alto rendimiento se dispone un amplio ángulo de cruce de válvulas con el fin de proporcionar el tiempo suficiente para un buen llenado a altas revoluciones.
11. ¿Cuál es la causa que limita la relación de compresión en los motores Otto?
La relación de compresión usada en los motores Otto oscila entre 8/1 y 11/1, por encima de este valor de compresión se pueden superar los 500 °C , a esta temperatura existe riesgo de au-toencendido.
Este fenómeno aparece cuando la mezcla se in-flama por sí sola debido a un exceso de tempe-ratura, independientemente del encendido eléc-trico.
12. Explicar cómo se realiza la transforma-ción de la energía calorífica en trabajo.
La combustión de la mezcla eleva fuertemente la temperatura dentro de la cámara de combustión (unos 2 000 °C), con el consiguiente aumento de presión (unos 40 bar). Esta presión es la que impulsa el pistón en su descenso produciéndose la expansión de los gases dentro del cilindro. En este momento se produce la transformación de la energía calorífica obtenida en la combus-tión, en trabajo mecánico, que el pistón trans-mite al cigüeñal mediante la biela, obteniéndose la rotación del motor.
p T p T 1 v1 v2 1 2 2 × = × R V V V c u c c = + Vu = π ×D ×L 2 4
13. En el motor Otto, ¿la combustión tiende a realizarse a volumen constante o a presión constante?
El principio teórico del motor Otto consiste en que la combustión suministra calor mientras el volumen se mantiene constante.
En la práctica hay una pequeña variación de vo-lumen, a pesar de que la combustión se desa-rrolla de forma muy rápida.
14. ¿Qué representa el diagrama de trabajo?
El diagrama de trabajo o diagrama presión - vo-lumen (p-V), es la representación gráfica de los valores que va tomando la presión en el trans-curso de las 4 carreras que efectúa el pistón en un ciclo de trabajo.
Se determina mediante unos aparatos llamados indicadores, que dibujan un diagrama cerrado cuya superficie es indicativa del trabajo útil que se obtiene en el interior del cilindro, la mayor o menor superficie del diagrama estará en función de las características del motor, principalmente la cilindrada y la relación de compresión. Sobre él puede seguirse el comportamiento del motor en cada fase de funcionamiento.
1. Ejercicio:
Un motor tiene las siguientes cotas de dis-tribución:
AAA-12°. RCA-48°, AAE-50°, RCE-10° Dibujar el diagrama de distribución y cal-cular los ángulos que permanecen abier-tas las válvulas de admisión y escape.
Admisión: 12° + 180° + 48° = 240° Escape: 50° + 180° + 10° = 240°
2. Ejercicio:
En un motor de 6 cilindros la carrera del pistón es de 82 mm y el diámetro del ci-lindro de 80 mm. La cámara de combus-tión tiene un volumen de 53 cm3.
Calcular la cilindrada del motor y la rela-ción de compresión.
3. Ejercicio:
Dibujar el diagrama de trabajo real de un motor Otto señalando los siguientes puntos:
– Presión máxima de compresión. – Momento de encendido.
– Presión máxima de combustión. – AAE.
– Volumen correspondiente a la presión máxima.
4 5 2 V PMI PMS AE V1 Vu 40 P (bar) 30 20 10 P 2 P 3 P a 3 AAE
AE- Avance al encendido.
AAE- Avance a la apertura de escape.
P a-Presión atmosférica. P 2- Presión de compresión. P 3- Presión máxima de combustión. V1- Volumen a la máxima presión.
1-2- Admisión. 2-3- Compresión. 3-4- Combustión. 4-5- Expansión. 5-1- Escape. 1 P 1 V D L V cm R V V V R u c u c c c = × × = × = = + = + = π 2 3 4 411 9 6 2 471 4 411 9 53 53 8 8 1 , , , , / Vu = × × = cm 2 3 14 8 4 8 2 411 9 , , , 3 PMI AAE RCA Cruce AAA RCE Es cape A dm isió n 12° 10° 50° 48°
El motor Diesel
de cuatro tiempos
U N I D A D
DE TRABAJO
OBJETIVOS
Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: – Analizar las características y funcionamiento de los motores Diesel de 4 tiempos. – Analizar el proceso de combustión en los motores Diesel.
– Interpretar y analizar el diagrama real de trabajo en los motores Diesel. – Establecer las diferencias de funcionamiento entre los motores Otto y Diesel.
BLOQUE TEMÁTICO I
ESTRUCTURA DE CONTENIDOS
1. Características del motor Diesel. 2. Constitución del motor Diesel. 3. Ciclo de trabajo de 4 tiempos. 4. Intercambio de gases. 5. Proceso de transformación de la energía. 5.1 Relación de compresión. 5.2 Combustión. 6. Diagrama de trabajo. 7. Sobrealimentación.
8. Comparación entre motores Otto y Diesel.
– Análisis de las diferencias constituti-vas entre el motor Otto y el Diesel. – Descripción de los cuatro tiempos del ciclo de funcionamiento del mo-tor Diesel
– Análisis del proceso de intercambio de gases en el cilindro.
– Análisis del proceso de transforma-ción de la energía en el motor Die-sel.
– Análisis del proceso de combustión en el motor Diesel
– Interpretación y análisis del diagra-ma real de trabajo del motor Diesel. – Descripción de la sobrealimenta-ción y sus ventajas en los motores Diesel.
– Análisis de las diferencias de fun-cionamiento de los motores Otto y Diesel.
– Participación activa en el desarro-llo de la unidad didáctica. – Receptividad y actitud favorable
para el aprendizaje.
– Orden en el transcurso de las ac-tividades.
– Responsabilidad en el trabajo.
PÁ G I N A 2 9
A
CTIVIDADES INICIALES1. ¿Dónde se prepara la mezcla en un motor Diesel?
El aire se mezcla con el combustible dentro del cilindro, al final de la compresión. El sistema de inyección proporciona la presión necesaria para que el inyector introduzca el combustible fina-mente pulverizado en la cámara de combustión.
2. ¿Cómo se produce el encendido?
El combustible es inyectado al final de la com-presión, y se enciende porque el aire comprimi-do está a una temperatura suficientemente alta como para provocar el inicio de la combustión (superior a 500 °C).
3. ¿Por qué se necesitan relaciones de com-presión altas?
El motor Diesel trabaja con relaciones de compre-sión altas, esto supone un aumento de temperatu-ra que mejotemperatu-ra las condiciones patemperatu-ra realizar la mez-cla ya que transmite mayor cantidad de calor al combustible cuando es inyectado, y por tanto la inflamación es más rápida y más completa.
4. ¿Cómo se desarrolla la combustión?
En los primeros momentos de la inyección hay una acumulación de combustible, a continuación se inflama la mezcla con un cierto retraso pro-vocando una brusca subida de presión, el com-bustible que sigue entrando se quema progresi-vamente hasta el final de la inyección.
5. ¿Qué ventajas tiene la sobrealimentación en los motores Diesel?
La sobrealimentación mejora el proceso de in-tercambio de gases y proporciona aire en canti-dad suficiente para quemar el gran volumen de combustible que se inyecta, sobre todo con car-gas altas.
En los Diesel rápidos, con cilindradas más mo-deradas, mejora la relación peso-potencia.
6. ¿Qué diferencias existen entre los moto-res Otto y Diesel?
Las diferencias más significativas se encuentran en la forma en que se desarrolla el ciclo de fun-cionamiento, principalmente en la formación de
la mezcla, en el encendido y en la combustión. Como consecuencia, el motor Otto dispone de un sistema de encendido eléctrico y el motor Die-sel de un sistema de inyección de combustible.
PÁ G I N A 3 9
A
CTIVIDADES DE ENSEÑANZA-
APRENDIZAJEDe refuerzo
1. ¿Cuáles son las principales características de funcionamiento del motor Diesel?
Es un motor térmico de combustión interna que funciona siguiendo el ciclo Diesel.
En la admisión se introduce únicamente aire, que se mezcla con el combustible dentro del cilindro. Dispone de un sistema de inyección que intro-duce el combustible pulverizado en la cámara de combustión.
La inflamación se obtiene por contacto con el aire, que ha adquirido una alta temperatura de-bido a la fuerte compresión.
Su ciclo de funcionamiento se realiza en 4 tiem-pos:
– Admisión de aire puro. – Compresión.
– Inyección, combustión y expansión. – Escape de los gases quemados.
Igual que el motor Otto, el ciclo de 4 tiempos se desarrolla en dos vueltas de cigüeñal.
2. ¿Qué indica el índice de cetano del gasó-leo?
La facilidad de inflamación del gasóleo se mide por el índice de cetano, cuanto mayor es éste, menor será la temperatura necesaria para inflamarlo. El gasóleo tiene que inflamarse rápidamente al tomar contacto con el aire comprimido en el momento de ser inyectado, por tanto debe tener una temperatura de inflamación baja.
3. ¿Por qué puede ser mayor el cruce de vál-vulas en un motor Diesel?
El inconveniente que se presenta en los motores Otto, es que pueden llegar a evacuar gases fres-cos por la válvula de escape cuando el ángulo de cruce es grande. En los Diesel esto puede signi-ficar una ventaja ya que en la admisión sólo se
introduce aire, la fuga de una pequeña parte de este aire no tiene importancia, y con ello se con-sigue un mejor barrido de los gases quemados y se refrigera la válvula de escape.
4. ¿Qué valores de relación de compresión se usan en los motores de inyección di-recta?
Los valores medios de relación de compresión usados en motores de inyección directa están entre 14/1 y 18/1.
5. ¿Por qué se produce el retraso del en-cendido?
El combustible es inyectado en la cámara de combustión, donde la presión y temperatura son muy altas, pero no se inflama instantánea-mente, sino que antes tiene que mezclarse con el aire y adquirir la temperatura suficiente. Durante cierto tiempo se acumula una canti-dad de combustible que se encuentra bien mezclada con el aire. Entonces se produce la combustión.
El tiempo que transcurre entre el principio de la inyección y el encendido de la mezcla acu-mulada se denomina retraso del encendido.
6. Explicar las tres fases de la combustión.
El proceso de combustión se puede dividir en tres fases para su estudio:
Fase 1.- Las primeras gotas de combustible
introducidas se calientan, se vaporizan y reac-cionan con el oxígeno del aire comenzando a arder, esta combustión inicial eleva la tempe-ratura lo suficiente para gasificar el combusti-ble que continúa entrando pero aún no se ha inflamado.
Durante cierto tiempo se acumula una canti-dad de combustible que se encuentra bien mez-clada con el aire. Entonces se produce la com-bustión.
Fase 2.- Se quema la parte de combustible
acumulada durante el retraso, la velocidad de combustión es muy alta, produciéndose una brusca subida de presión (70 a 90 bar). La incidencia de este efecto sobre el funciona-miento del motor dependerá del tiempo de re-traso del encendido. Si el rere-traso es grande, también lo es la acumulación de combustible, y el resultado de su brusca combustión se de-jará notar con mayor intensidad.
Fase 3.- La temperatura ahora es muy alta
den-tro del cilindro, la inyección continúa y el com-bustible, que sigue entrando, se mezcla con el resto del oxígeno y se quema progresivamente hasta el final de la inyección, a partir de este mo-mento se quema la última cantidad de combus-tible inyectado finalizando la combustión.
7. ¿Cómo se puede reducir el retraso del encendido?
El retraso del encendido se reduce usando un combustible de fácil autoencendido, con el ín-dice de cetano adecuado. Regulando el caudal de inyección, para evitar que se acumule mu-cha cantidad de combustible al principio. Con una alta turbulencia en el aire comprimido y una adecuada presión de inyección.
8. ¿La combustión en el motor Diesel tien-de a realizarse a presión constante o a volumen constante?
El principio teórico del ciclo Diesel consiste en que la combustión suministra calor mientras la presión se mantiene constante.
9. ¿Por qué es mayor el rendimiento térmi-co en los motores Diesel?
El motor Diesel obtiene un buen rendimiento con un bajo consumo debido a su alta relación de compresión, y a las elevadas presiones ob-tenidas en la combustión, logrando un mejor aprovechamiento de la energía térmica del combustible.
10. ¿En qué consiste la sobrealimentación?
Consiste en forzar la entrada de aire en el ci-lindro, para lo cual se monta un dispositivo en el conducto de admisión que comprime el aire antes de introducirlo, con lo que se logra au-mentar la masa de aire admitida para un mis-mo volumen, y por consiguiente puede au-mentarse también la cantidad de combustible que es posible quemar en cada ciclo.
El sistema más utilizado para la sobrealimenta-ción en los motores Diesel de 4 tiempos para automoción es el turbocompresor.
11. ¿Qué energía utiliza el turbocompresor para mover su turbina y que ventajas tie-ne este sistema?
El turbocompresor aprovecha la velocidad de salida de los gases de escape, para hacer girar una turbina acoplada en el extremo de un eje,
en el otro extremo, se monta el compresor centrífugo que eleva la presión del aire en el conducto de admisión. Se utiliza la energía re-sidual de los gases de escape para hacer girar el compresor por lo que no absorbe potencia del motor.
12. ¿Cuáles son las principales ventajas del motor Diesel respecto al motor Otto?
Ventajas del motor Diesel:
– Mayor rendimiento térmico debido a que trabaja con temperaturas más elevadas. – Menor consumo, puesto que se aprovecha
mejor la energía del combustible.
– Menos contaminante, al ser la combustión más completa, los gases de escape son me-nos tóxicos.
– Mayor duración con menor coste de man-tenimiento.
De ampliación 1.Ejercicio:
El cilindro de un motor Diesel tiene un diámetro de 98 mm y la carrera del pistón es de 106 mm. Si el volumen de la cáma-ra de combustión es de 38 mm. ¿Cuál es la relación de compresión? ¿Cuál es el rendimiento térmico?
2. Ejercicio:
Dibujar el diagrama real de trabajo de un motor Diesel señalando los siguien-tes puntos:
– Comienzo de la inyección – Final de la combustión
– Volumen de final de combustión – Avance a la apertura del escape
3. Ejercicio:
Razonar sobre el diagrama por qué la combustión se realiza a presión constante.
En los motores Diesel, la combustión es relati-vamente lenta, durante el proceso de combus-tión el volumen aumenta debido al desplaza-miento del pistón. La aportación de calor hace que la presión tienda a mantenerse estable.
p (bar) P.M.I. AAE V1 P.M.S. p.a. V 2 1 1- Comienzo de inyección 2- Final de combustión
V1- Volumen al final de la combustión
AAE- Avance apertura de escape 70 60 50 40 30 20 10 V D L V cm R V V V R R u u c u c c c t c t t = = × × = × × = + = + = = = − = = π η γ η η 2 2 3 1 4 1 −1 4 3 14 9 8 4 10 6 799 1 799 1 38 38 22 1 1 1 1 1 22 0 71 71 , , , , , / – – , ; % ,
Características de los motores
U N I D A D
DE TRABAJO
OBJETIVOS
Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de:
– Conocer los diferentes tipos de rendimiento y las pérdidas de energía que se producen en el motor.
– Analizar las características principales del motor: par, potencia y consumo específico. – Realizar los cálculos necesarios para obtener las curvas características del motor.
BLOQUE TEMÁTICO I
ESTRUCTURA DE CONTENIDOS
1. Rendimiento del motor. 1.1 Tipos de rendimiento. 2. Características principales del
mo-tor.
2.1 Par motor. 2.2 Potencia.
2.3 Consumo específico de com-bustible.
2.4 Tipos de potencia. 3. Curvas características.
3.1 Curva de potencia. 3.2 Curva de par motor. 3.3 Curva de consumo específico. 4. Obtención de las curvas
caracte-rísticas.
4.1 Proceso de obtención de los datos.
– Análisis del rendimiento del motor térmico y descripción de los dife-rentes tipos de rendimiento. – Definición de los conceptos de
par motor, potencia y consumo específico de combustible. – Interpretación de las curvas de
po-tencia, par motor y consumo es-pecífico de combustible.
– Cálculo de la potencia, el par y el consumo específico a partir de los datos obtenidos en el freno dina-mométrico.
– Participación activa en el desarro-llo de la unidad didáctica. – Receptividad y actitud favorable
para el aprendizaje.
– Orden en el transcurso de las ac-tividades.
– Responsabilidad en el trabajo.
PÁ G I N A 4 1
A
CTIVIDADES INICIALES1. ¿Qué se entiende por rendimiento de un motor?
El balance resultante entre la cantidad de ener-gía aportada y la obtenida en una máquina, se denomina rendimiento (η), y se expresa como un porcentaje del trabajo que se aporta.
2. ¿Qué es el par motor?
El par motor (M) está en función de la fuerza (F) aplicada sobre el pistón, y de la longitud del codo del cigüeñal (d), siendo ésta igual a la mi-tad de la carrera. La fuerza que se aplica sobre el codo del cigüeñal es proporcional a la presión media efectiva que actúa sobre el pistón.
M = F × d
3. ¿Cómo se define la potencia?
En un motor, la potencia es el resultado de mul-tiplicar el par motor obtenido en el eje por la ve-locidad de rotación.
4. ¿Qué se entiende por consumo específico de combustible?
El consumo específico es la masa de combusti-ble que consume un motor en relación con la potencia entregada.
5. ¿Qué curvas representan las característi-cas de un motor?
Las curvas características de un motor son la de par, la de potencia y la de consumo específico de combustible.
6. ¿Cómo se obtienen las curvas caracterís-ticas?
Las curvas se confeccionan a partir de los da-tos obtenidos en el freno dinamométrico, y re-presentan los valores que van tomando la po-tencia, el par y el consumo desde las revoluciones de máxima potencia hasta ralen-tí. El régimen varía al aumentar la resistencia del freno dinamométrico, manteniendo el mo-tor a plena carga.
PÁ G I N A 5 7
A
CTIVIDADES DE ENSEÑANZA-
APRENDIZAJEDe refuerzo
1. ¿Qué tipo de pérdidas de energía se pro-ducen en el motor?
– Pérdidas de calor: producidas por el sistema de refrigeración y la radiación de calor al ex-terior, también se evacua una importante can-tidad de calor a través de los gases de escape. – Perdidas mecánicas: debido al rozamiento entre los órganos en movimiento, y por el ac-cionamiento de dispositivos auxiliares como la bomba de agua, bomba de aceite, etc. – Pérdidas químicas: motivadas por una
com-bustión incompleta.
2. ¿Qué es el rendimiento mecánico?
Se puede expresar como la relación entre la po-tencia efectiva (P) que se obtiene en el eje del motor y la potencia indicada (P1) que se obtiene en el diagrama de trabajo o diagrama indicado, el cual expresa el trabajo interno obtenido den-tro del cilindro y en el que no intervienen las pér-didas mecánicas.
3. ¿Qué es el rendimiento volumétrico?
Se puede definir como el grado de eficacia con que se logra llenar el cilindro. Se expresa como la relación entre la masa de gas que es introducida en el cilindro (Ma) en un ciclo y la masa que teóri-camente cabe en el volumen del cilindro (Mc).
4. ¿De qué factores depende el rendimiento volumétrico?
El rendimiento volumétrico de un motor aspira-do está entre el 70 % y el 90 %, y depende de muy diversos factores:
– Régimen de giro, ya que al aumentar dismi-nuye el tiempo de carga.
– Las condiciones ambientales exteriores, que determinan la densidad del aire.
– El diagrama de distribución. ηv a c M M = ηm P P = 1 η = Energía obtenida = × = Energía aportada 100 %
RESOLUCIÓN DE ACTIVIDADES
– La sección de las válvulas y los conductos de admisión.
– La eficacia de barrido de los gases quemados.
5. ¿Qué cifras de rendimiento global suelen tener los motores Otto y Diesel?
Otto Diesel Pérdidas térmicas ...60 %-65 % 50 %-60 % Perdidas mecánicas ...10 %-15 % 10 %-15 % Total pérdidas...70 %-75 % 60 %-70 %
6. ¿Qué es la presión media efectiva?
La presión media efectiva resulta de hallar la me-dia de la presión existente dentro del cilindro du-rante el tiempo de combustión y expansión, de forma que podemos suponer que sobre el pistón actúa una presión media uniforme durante la ca-rrera de expansión.
7. ¿Qué relación existe entre el par máximo y el rendimiento volumétrico máximo?
El grado de llenado de los cilindros influye directa-mente sobre el par y por tanto sobre la potencia desarrollada por el motor, ya que cuanto mejor sea el llenado, más energía se obtiene de la combus-tión. Por lo tanto, el par será máximo cuando se obtenga el máximo rendimiento volumétrico.
8. ¿Cuál es la definición de potencia mecá-nica?
La potencia mecánica se define como la canti-dad de trabajo realizado en la unicanti-dad de tiempo.
9. Escribir las expresiones para determinar la potencia en kW y en CV
P = Potencia en kW (kilovatios) M = Par en N · m (newton metro) n = rpm (revoluciones por minuto) P = Potencia en CV (caballos de vapor) M = Par en m · kg (metros kilo) n = rpm (revoluciones por minuto) 10. ¿Cuál es la equivalencia entre kW y CV. Y
entre N · m y m · kg?
1 CV = 0,736 kW 1 kW = 1,36 Cv 1 m · kg = 9,8 N · m 1 daN ≅ 1m · kg
11. ¿De qué factores depende la potencia de un motor?
– Cilindrada: a medida que aumenta el volu-men, también lo hace la cantidad de com-bustible quemado en cada ciclo, siendo ma-yor la cantidad de calor que se transforma en trabajo mecánico.
– Llenado de los cilindros: si se consigue que los cilindros admitan más cantidad de gas, la presión interna aumenta y también el par motor, consiguiendo mayor potencia. En al-gunos motores se recurre a la sobrealimen-tación.
– Relación de compresión: a medida que au-menta, el rendimiento térmico mejora y por consiguiente también lo hace la potencia ob-tenida.
– Régimen de giro: la potencia crece progre-sivamente con la velocidad, es decir, con el nº de ciclos que se realizan por minuto. Por tanto, el régimen es un dato inseparable de la potencia.
12. ¿Por qué los motores Otto alcanzan ma-yor nº de revoluciones que los Diesel?
En los motores Otto el combustible se introduce en los cilindros ya mezclado con el aire y la combus-tión es rápida. Las presiones que soporta son re-lativamente bajas y sus componentes son ligeros, lo que permite alcanzar elevadas revoluciones.
13. ¿Qué es la potencia específica?
La potencia específica relaciona la potencia efectiva máxima obtenida en el motor con su ci-lindrada (kW/l) o con su peso (kW/kg).
14. ¿Cómo se define el consumo específico de combustible y en qué unidad se mide?
El consumo específico se define como la rela-ción que existe entre la masa de combustible consumida y la potencia entregada. Se obtiene mediante pruebas en el banco y se expresa en g/kW·h (gramos/kilovatio · hora).
Potencia por litro P
V
V Cilindrada en litros
Potencia por kilo P
m
m Peso del motor en kg
= = = = P M n kW P M n CV = × = = × = 9 550 716 P T t = Rendimiento efectivo ..25 %-30 % 30 %-40 %
15. Una curva de potencia con una pendiente muy pronunciada, ¿qué tipo de motor re-presenta?
Con este tipo de curva aguda se consigue un motor con alta potencia específica (kW/l) pero poco elástico. Habría que recurrir a la caja de cambios con frecuencia.
16. ¿Cómo es la curva de par de un motor muy elástico?
Es la que alcanza un valor de par útil a bajas re-voluciones y se mantiene durante un largo tra-mo. Esto significa buenas recuperaciones desde bajo régimen y una subida rápida de revolucio-nes en cualquier situación, aumentando así la potencia.
17. Los valores mínimos de consumo especí-fico coinciden con los máximos de par. ¿Por qué?
El grado de llenado de los cilindros influye di-rectamente sobre el par. Los valores máximos del rendimiento volumétrico se consiguen al nú-mero de revoluciones correspondiente al par máximo y por lo tanto el consumo específico será mínimo en este punto.
18. ¿Qué diferencias existen entre las curvas de par de los motores Otto y Diesel?
El motor Diesel desarrolla una curva de par más elástica, en el cual se alcanza un valor de par útil a bajas revoluciones y se mantiene durante un largo tramo.
La curva de par del motor Otto es menos elásti-ca, el par sube hasta alcanzar su máximo valor, pero se mantiene dentro de la zona útil durante un tramo muy corto de revoluciones, lo que in-dica que habrá que usar el cambio de marchas con frecuencia.
19. ¿Por qué son importantes las condiciones ambientales del lugar donde se realiza el ensayo?
Las prestaciones de un motor pueden variar en función de las condiciones ambientales del lugar donde se realiza la prueba. La presión atmosfé-rica y la temperatura influyen en el rendimiento volumétrico y, por tanto, toda prueba ha de ser referenciada a unas mismas condiciones atmos-féricas. De tal forma que se puedan comparar los datos de pruebas realizadas en diferentes lu-gares geográficos.
20. ¿Por qué se denomina prueba a plena car-ga?
Se denomina prueba a plena carga, porque los datos se toman para cada régimen de giro, man-teniendo la mariposa de gases en su máxima apertura.
De ampliación 1. Ejercicio:
Un motor de 1 600 cm3desarrolla un par
motor de 120 Nm a 5 800 rpm.
Calcular la potencia efectiva para ese mis-mo régimen de revoluciones en kW y en CV.
2. Ejercicio:
Calcular la potencia específica en kW/l en el motor del ejercicio anterior
3. Ejercicio:
A partir de los datos obtenidos en el banco de potencia (o datos proporcionados por el profesor), hacer los siguientes cálculos para cada régimen de revoluciones: Potencia (P), Consumo específico de com-bustible (Ce), factor de corrección (Ka), y valores corregidos, coeficiente de elastici-dad (E), presión media efectiva (PME), rendimiento efectivo (ηe).
Dibujar las curvas de potencia, par y con-sumo específico sobre papel milimetrado.
Características del motor: Cilindrada: V = 1 994 cm3 Potencia: P = 120 kW a 6 000 rpm. Par motor: M = 225 N m a 4 200 rpm. P P V P kW l e = e = = 72 8 1 6 45 5 , , , / P M n kW P kW Nm mkg P M n CV P CV = × = = ⋅ = = = = × = = ⋅ = 9 500 120 5 800 9 550 72 8 120 9 8 12 2 120 12 2 716 12 2 5 800 716 98 8 , : , , , , ,
DATOS OBTENIDOS DURANTE LA PRUEBA
Presión atmosférica Pa = 720 mmHg Temperatura ambiente Ta = 25 °C
• Cálculo de la potencia (P).
• Cálculo del consumo específico de
combustible (Ce).
La masa de este combustible será: m = 100 · d La densidad de la gasolina empleada es:
d = 0,73 gr/cm3
El tiempo empleado expresado en horas será:
t (h) = t (s)/3 600
RESULTADO DE LOS CÁLCULOS DE POTENCIA Y CONSUMO ESPECÍFICO
• Cálculo del factor de corrección (Ka)
Las condiciones atmosféricas de referencia son:
T = 293 K (20 °C).
pa = 760 mm Hg (milímetros de mercurio).
Las condiciones atmosféricas durante la prueba son:
Presión atmosférica pa = 720 mm Hg Temperatura ambiente media Ta = 25 °C
TABLA DE VALORES CORREGIDOS
• Coeficiente de elasticidad (E) Según los datos obtenidos en la prueba: Par máximo:
Mmáx= 212,8 Nm Par a máxima potencia:
M
p máx=187,2 Nm
Revoluciones de máxima potencia:
N
p máx= 6 000 rpm
Revoluciones de máximo par:
NM máx= 4 000 rpm E M M n n E máx P máx P máx M má x = × =212 8× = × = 187 2 6 000 4 000 1 13 1 5 1 7 , , , , , n M · Ka P · Ka Ce / Ka 6 000 187,2 117,5 298 5 000 202,1 105,7 267,2 4 000 212,8 89 230,5 3 000 195,7 61,5 236 2 000 173,4 36,2 250,5 1 000 106,4 11 256,5 K p T K a a a =
( )
760 293 301 293 0 5, Ka= Ka= 1,064 = = 1,064 × 760 298 720 × 760 687 293 0 5,Régimen Par motor Potencia Consumo
n = rpm M = N m P = kW Ce = g/kW·h 6 000 176 110,5 5 000 190 99,4 284,3 4 000 200 83,7 245,3 3 000 184 57,8 251,2 2 000 163 34,1 266,6 1 000 100 10,4 273 317 C d P t C g kW h e e = × × × = = × × × = 3 6 10 3 6 10 0 73 110 5 7 5 317 5 5 , , , , , / g/kW⋅h P= M× =n kW P= × = kW 9 550 176 6 000 9 550 110 5,
Régimen Par motor Consumo Temperat.
100 cm3 aceite n = rpm M = N m t = sg Tac = °C 6 000 176 7,5 108 5 000 190 9,3 102 4 000 200 12,8 96 3 000 184 18,1 90 2 000 163 28,9 88 1 000 100 92,5 85
• Presión media efectiva PME
V = 1 994 cm3
POTENCIA Y PRESIÓN MEDIA EFECTIVA
• Rendimiento efectivo (ηe)
Rendimiento para la máxima potencia:
Rendimiento para el par máximo: ηe= = 81 8 230 5 0 35 35 , , , ; % ηe = = 81 8 298 0 27 27 , , ; % ηe e C =81 8, rpm 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 P (kW) 117,5 105,7 89 61,5 36,2 11 PME (bar) 11 12,7 13,4 12,3 10,9 6,6 PME P V n PME bar = × × × = × × × = 1 2 10 1 2 10 117 5 1994 6 000 11 6 6 , , , 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 220 250 280 310 100 120 140 160 180 200 220 Nm g/kW · h 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 kW 6 8 10 12 14 bar
PRESIÓN MEDIA EFECTIVA ( PME)
POTENCIA (P)
PAR MOTOR (M)
CONSUMO ESPECÍFICO (Ce.)
rpm
Disposición de los cilindros
en el motor
OBJETIVOS
Al finalizar esta unidad de trabajo los alumnos y alumnas deberán ser capaces de: – Conocer las diferentes disposiciones de los cilindros en el motor.
– Analizar los tiempos de trabajo en motores con diferente número y disposición de cilindros. – Conocer los elementos y sistemas que componen el motor térmico.
BLOQUE TEMÁTICO I
ESTRUCTURA DE CONTENIDOS
1. Motores policilíndricos. 1.1 Disposición de los cilindros 2. Número de cilindros y orden de
encendido.
2.1 Formas del cigüeñal y tiem-pos de trabajo.
3. Constitución del motor.
– Descripción de las diferentes dis-posiciones de los cilindros en el motor.
– Análisis de los tiempos de trabajo del motor en función del número de cilindros y de su disposición. – Clasificación de los elementos que
componen el motor.
– Participación activa en el desarro-llo de la unidad didáctica. – Receptividad y actitud favorable
para el aprendizaje.
– Orden en el transcurso de las ac-tividades.
– Responsabilidad en el trabajo.