Motor de combustión interna para niños
Un motor de combustión interna es una máquina que transforma la energía química de un combustible en energía mecánica. Esto ocurre cuando el combustible se quema dentro de una parte especial de la máquina llamada cámara de combustión. Se llama "interna" porque la quema del combustible sucede dentro del propio motor, a diferencia de otras máquinas como la máquina de vapor, donde el combustible se quema fuera.
Contenido
¿Qué tipos de motores de combustión interna existen?
Existen varios tipos de motores de combustión interna, cada uno con características especiales:
- Motor de combustión interna alternativo: Son los más comunes y usan pistones que se mueven de arriba a abajo.
* El motor de ciclo Otto: Es el motor de gasolina que usamos en la mayoría de los coches. Fue desarrollado por Nikolaus August Otto. * El motor diésel: Nombrado así por el ingeniero Rudolf Diesel, funciona de manera diferente y usa gasóleo como combustible.
- La turbina de gas: Un tipo de motor que usa gases a alta velocidad para girar una turbina.
- El motor rotatorio o Motor Wankel: Un motor que usa un rotor triangular en lugar de pistones.
- El Ciclo Atkinson: Otro tipo de motor que busca ser más eficiente.
¿Cómo se clasifican los motores alternativos?
Los motores alternativos se clasifican según cómo completan su ciclo de trabajo:
- De dos tiempos (2T): Realizan una fase de trabajo útil en cada giro del motor.
- De cuatro tiempos (4T): Realizan una fase de trabajo útil cada dos giros del motor.
Hay motores diésel y de gasolina tanto de 2T como de 4T.
¿Cómo surgieron los motores de combustión interna?
La idea de estos motores se remonta a dos italianos: el sacerdote Eugenio Barsanti y el ingeniero Felice Matteucci. Ellos ya en 1853 presentaron documentos sobre cómo funcionaban y se construían estos motores en varios países europeos.
Los primeros motores no comprimían bien la mezcla de aire y combustible. Esto hacía que la chispa fuera débil y el motor no funcionara muy bien. La clave para que fueran eficientes fue añadir la fase de compresión. Gracias a esto, los motores de combustión interna pudieron reemplazar a los motores de vapor, ya que eran más pequeños y potentes. Esto impulsó el desarrollo de los automóviles.
Las primeras veces que se usaron estos motores de forma práctica fue en barcos pequeños. Esto se debe a que los motores de combustión interna no podían arrancar desde cero como los de vapor. Los motores de barco no tenían este problema porque las hélices no tienen una inercia tan grande.
El motor de cuatro tiempos, similar al que conocemos hoy, fue desarrollado por el alemán Nikolaus Otto. En 1886, patentó su diseño, basándose en estudios anteriores de otros inventores.
¿Para qué se usan los motores de combustión interna?
Cada tipo de motor tiene sus usos más comunes:
- Motores de gasolina de 2T: Se usaron mucho en motocicletas, aviones pequeños y motores de barco. Hoy en día, se usan más en ciclomotores, motos de competición, motosierras y otras máquinas portátiles pequeñas.
- Motores de gasolina de 4T: Son los más usados en motocicletas de todos los tamaños, coches, aviones deportivos y barcos pequeños.
- Motores diésel de 2T: Se usan en barcos muy grandes y trenes, donde se necesita mucha potencia.
- Motores diésel de 4T: Dominan en el transporte terrestre, como coches y camiones, y en barcos de tamaño mediano. También están empezando a usarse en aviones deportivos.
¿Cómo se construyen y funcionan los motores?
Los motores de gasolina (Otto) y los diésel comparten partes principales como el bloque, el cigüeñal, la biela, el pistón, la culata y las válvulas. También tienen partes específicas, como la bomba inyectora en los diésel o el carburador (antes) en los de gasolina.
En los motores de 4 tiempos, a menudo se les nombra por cómo están colocadas sus válvulas o árbol de levas.
La cámara de combustión
La cámara de combustión es un cilindro donde se quema el combustible. Está cerrada por un lado por la culata y por el otro, un pistón se mueve dentro de ella. El pistón tiene unos anillos que ayudan a sellar la cámara y a lubricar. Cuando el pistón se mueve, cambia el espacio dentro de la cámara. El pistón está conectado a una biela, que a su vez se une al cigüeñal. El cigüeñal transforma el movimiento de arriba a abajo del pistón en un movimiento circular.
En motores con varios cilindros, el cigüeñal tiene puntos específicos donde recibe la fuerza de cada cilindro. Los cigüeñales tienen volantes pesados y contrapesos que ayudan a que el movimiento sea suave. Un motor puede tener desde 1 hasta 28 cilindros.
El sistema de alimentación
El sistema de alimentación de un motor de gasolina tiene un depósito, una bomba de combustible y un aparato que mezcla el combustible con el aire. Antes se usaba el carburador para esto, pero ahora se usan sistemas de inyección de combustible. Estos sistemas son más precisos, reducen la contaminación y aseguran una mezcla más estable.
En los motores diésel, el combustible se inyecta con una bomba inyectora de combustible, no se mezcla con el aire de la misma forma.
En motores con varios cilindros, el combustible mezclado llega a cada cilindro por un tubo llamado colector de admisión. La mayoría de los motores también tienen un colector de escape, que saca los gases quemados y reduce el ruido.
El sistema de distribución
Cada cilindro recibe combustible y expulsa gases a través de válvulas de cabezal. Un muelle mantiene las válvulas cerradas hasta que se abren en el momento justo. Esto lo hacen unas piezas llamadas levas, que están en un árbol de levas que gira. El árbol de levas está conectado al cigüeñal por una cadena o una correa de distribución, para que todo funcione coordinado.
El encendido
Los motores necesitan algo que inicie la quema del combustible. En los motores de gasolina, el sistema de encendido tiene una bobina de encendido. Esta bobina crea un impulso eléctrico de alto voltaje. Este impulso se envía al cilindro correcto en el momento de la compresión, usando un distribuidor y cables que lo llevan a la bujía. La bujía, que está en cada cilindro, tiene unos electrodos. El impulso eléctrico crea una chispa entre ellos, que enciende la mezcla de combustible y aire.
La refrigeración
Como la quema del combustible produce mucho calor, todos los motores necesitan un sistema para enfriarse. Algunos motores, como los de ciertos coches antiguos, aviones y barcos pequeños, se enfrían con aire. Sus cilindros tienen aletas de metal que liberan el calor. Otros motores usan agua para enfriarse. Los cilindros están rodeados por una carcasa llena de agua, que circula por una bomba y se enfría en un radiador. Es importante usar un refrigerante especial en lugar de agua común, porque el refrigerante no hierve a la misma temperatura que el agua y tampoco se congela fácilmente. Además, no deja residuos que puedan dañar el motor. En los barcos grandes, a veces se usa agua del mar para enfriar.
El sistema de arranque
A diferencia de otros motores, los de combustión interna no pueden empezar a moverse solos. Necesitan una ayuda para que el cigüeñal empiece a girar. Los coches usan un motor eléctrico (el motor de arranque) que se conecta al cigüeñal. Cuando el motor arranca, este motor eléctrico se desconecta. Algunos motores pequeños se arrancan a mano, girando el cigüeñal con una cadena o tirando de una cuerda.
Otros sistemas de arranque, como los de inercia o los explosivos, se usan más en motores de aviones.
¿Cuáles son los tipos de motores más comunes?
El motor de gasolina (tipo Otto)
El motor de gasolina más común es un motor alternativo de cuatro tiempos (4T). Aunque en barcos pequeños y motos de cierta cilindrada se usó mucho el motor de dos tiempos (2T). La eficiencia de estos motores se ve afectada por la fricción, la refrigeración y los cambios en las condiciones de uso.
La eficiencia de un motor depende de cuánto se comprime la mezcla de aire y combustible. En los motores de gasolina modernos, esta relación suele ser de 8 a 1 o 10 a 1. Si se comprime más, el motor es más eficiente, pero necesita combustibles especiales para evitar problemas. Un buen motor de gasolina convierte solo entre el 20% y el 25% de la energía del combustible en movimiento.
Estos motores están diseñados para el transporte y deben funcionar con diferentes potencias. Cuando trabajan con poca potencia, su eficiencia baja porque la compresión no es tan buena.
¿Cómo funciona? (Mira la Figura 1)
1. Admisión: La mezcla de aire y combustible entra al cilindro. 2. Compresión: La mezcla se comprime y una bujía la enciende. 3. Combustión: El combustible se quema y empuja el pistón hacia abajo. 4. Escape: Los gases quemados salen del cilindro.
Existe una variación llamada Ciclo Miller que mejora la eficiencia al alargar el tiempo de expansión.
Los motores diésel
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Los motores diésel funcionan de forma un poco diferente a los de gasolina. La mayoría son de cuatro tiempos, excepto los muy grandes (de trenes o barcos), que son de dos tiempos.
En la primera fase (admisión), el pistón baja y entra aire en la cámara. En la segunda fase (compresión), el pistón sube y comprime el aire, haciendo que su temperatura suba mucho (hasta unos 850 °C). Al final de esta fase, se inyecta el combustible a alta presión. El combustible se enciende solo por el calor del aire comprimido. En la tercera fase (trabajo), los gases empujan el pistón hacia abajo, generando fuerza. La cuarta fase es el escape, donde los gases quemados salen.
Algunos motores diésel usan un sistema auxiliar para encender el combustible al arrancar, hasta que el motor alcanza la temperatura adecuada.
La eficiencia de los motores diésel es mayor que la de los de gasolina, superando el 40% en los motores grandes de barco. Esto se debe a que comprimen mucho más el aire. Por eso, los motores diésel suelen ser más pesados, pero su mayor eficiencia y el uso de combustibles más económicos compensan esta desventaja.
Los motores diésel grandes de 2T suelen ser lentos (100 a 750 revoluciones por minuto), mientras que los de 4T pueden ser más rápidos (hasta 5000 rpm en coches).
El motor de dos tiempos
Un motor de dos tiempos completa un ciclo de trabajo en solo dos fases, en lugar de cuatro. Son menos eficientes que los de cuatro tiempos, pero producen más potencia para su tamaño.
En un motor de dos tiempos, la entrada de combustible y la salida de gases ocurren en una parte muy pequeña de una de las fases. Los diseños más simples usan orificios (lumbreras) en lugar de válvulas. La mezcla de combustible, aire y aceite entra por un orificio cuando el pistón está abajo. La primera fase es la compresión y el encendido. Luego, el pistón baja en la fase de explosión, abriendo el orificio de escape para que los gases salgan.
El motor Wankel
En los años 50, el ingeniero alemán Félix Wankel creó un motor de combustión interna con un diseño muy diferente. El Motor Wankel usa un rotor triangular que gira dentro de una cámara ovalada, en lugar de pistones.
La mezcla de combustible y aire entra por un orificio y queda atrapada entre una cara del rotor y la pared de la cámara. El giro del rotor comprime la mezcla, que se enciende con una bujía. Los gases quemados salen por otro orificio. Cada cara del rotor produce una fase de potencia en cada giro.
El motor Wankel es pequeño y ligero comparado con los motores de pistones. Funciona con pocas vibraciones y es más sencillo de fabricar. No necesita mucha refrigeración y su centro de gravedad bajo mejora la seguridad. Sin embargo, ha tenido algunos problemas de durabilidad, aunque se ha usado en algunos coches Mazda.
El motor de carga estratificada
Una variación de los motores de gasolina es el motor de carga estratificada. Fue diseñado para reducir la contaminación sin necesidad de sistemas adicionales. La clave es que cada cilindro tiene dos cámaras de combustión. Una cámara pequeña tiene una mezcla rica de combustible y aire, mientras que la cámara principal tiene una mezcla pobre. La bujía enciende la mezcla rica, que a su vez enciende la de la cámara principal. Esto hace que la temperatura máxima sea lo suficientemente baja para evitar la formación de gases contaminantes, pero lo suficientemente alta para quemar bien el resto de los gases.
Galería de imágenes
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Cadena de distribución.
Véase también
En inglés: Internal combustion engine Facts for Kids
