TITULO DE LA EXPERIENCIA

MOTORES DE COMBUSTION INTERNA .

EXPERIENCIA N° C232 Grupo N° L2 Fecha de la Exp. 10/06/2014 Fecha de Entrega 24/06/2014

NOMBRE ASIGNATURA Laboratorio General II CODIGO 15030 .

CARRERA Ingeniería Civil Mecánica Modalidad (Diurna o Vespertina) Diurno .

NOMBRE DEL ALUMNO CACERES SOTO JORGE ALFONSO .

Apellido Paterno Apellido Materno Nombre

_______________________ Firma del alumno

Fecha de Recepción

Nota de Interrogación ________________ Nombre del Profesor LEOPOLDO MUÑOZ.

Nota de Participación ________________

Nota de Informe ____________________

_________________________________

Nota Final __________________ ______ ________________ Firma del Profesor

SE RECOMIENDA AL ESTUDIANTE MEJORAR EN SU INFORME LA MATERIA MARCADA CON UNA X

________ Presentación ________ Cálculos, resultados, gráficos

________ Características Técnicas ________ Discusión, conclusiones

________ Descripción del Método seguido _______ Apéndice

OBSERVACIONES

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA

Departamento de Ingeniería Mecánica SANTIAGO

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Índice 1. RESUMEN ....................................................................................................................................................... 3

2. OBJETIVOS ...................................................................................................................................................... 3

2.1 Generales .................................................................................................................................. 3

2.2 Específicos ................................................................................................................................. 3

3. CARACTERISTICAS DE LOS EQUIPOS ............................................................................................................... 4

4. METODO A SEGUIR ......................................................................................................................................... 5

5. MEDICIONES Y CALCULOS .............................................................................................................................. 6

6. ANALISIS Y CONCLUSIONES ............................................................................................................................ 7

7. ANEXO ............................................................................................................................................................ 8

7.1 Funcionamiento de un motor ................................................................................................... 8

7.2 Tipos de motores ..................................................................................................................... 10

7.2.1 Ciclo de 4 tiempos. ............................................................................................................... 11

7.2.2 Ciclo Otto .............................................................................................................................. 12

7.2.3 Ciclo Diésel ........................................................................................................................... 13

7.3 Componentes principales ........................................................................................................ 14

7.3.1 Block ..................................................................................................................................... 14

7.3.2 Camisa de Cilindro ................................................................................................................ 14

7.3.3 Carter .................................................................................................................................... 15

7.3.4 Cigüeñal ................................................................................................................................ 15

7.3.5 Biela ...................................................................................................................................... 16

7.3.6 Pistón .................................................................................................................................... 16

7.3.7 Anillos del pistón .................................................................................................................. 17

7.3.8 Válvulas ................................................................................................................................ 17

7.3.9 Árbol de levas ....................................................................................................................... 17

7.3.10 Inyectores ........................................................................................................................... 18

7.3.11 Bujías .................................................................................................................................. 18

7.3.12 Dámper ............................................................................................................................... 18

7.3.13 Bomba de agua ................................................................................................................... 19

7.3.14 Banda de impulsión ............................................................................................................ 19

8. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................................... 19

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1. RESUMEN

En el marco de la termodinámica aplicada, se estudian los motores de combustión interna,

reconociendo experimentalmente sus componentes y su funcionamiento como conjunto. De

acuerdo a los equipos presentes en el laboratorio, este estudio se llevara a cabo a través del motor

diésel marca Pegaso (esquemático) y bencinero marca BMW.

Un motor de combustión interna, es un tipo de máquina que genera energía mecánica

directamente de la energía química de un combustible que explota dentro de la cámara de

combustión. Su nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la máquina.

En primer lugar se señalan los objetivos de la experiencia y las características de los equipos e

instrumentos utilizados, luego se detalla el método seguido para llevar a cabo el laboratorio.

Experimentalmente se reconocerán los puntos muertos superior e inferior, datos con lo cual se

determinara la cilindrada del motor en estudio. Finalmente se presentan los resultados,

observaciones y conclusiones pertinentes a la experiencia desarrollada.

Cabe mencionar la importancia de los videos vistos en clases, que enseñan de manera muy gráfica

e interactiva el funcionamiento de estos motores, así como los distintos sistemas que poseen

dentro del mismo. Es importante señalar que el desarrollo de esta experiencia involucra el repaso

de conceptos básicos de motores, como también el reconocimiento in situ de los componentes

que conforman estos dispositivos.

2. OBJETIVOS

2.1 Generales

Familiarizar al alumno con los motores a Combustión Interna, sus componentes y funcionamiento.

2.2 Específicos

Capacitar al alumno en cuanto a los conocimientos básicos del funcionamiento, ciclo de trabajo,

diseño, composición y estructura (como va montada la maquina) con respecto a los motores de

combustión interna en ciclo Otto y Diésel.

Desmontar la culata de un motor BMW y medir la cilindrada.

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3. CARACTERISTICAS DE LOS EQUIPOS

Motor Diésel

Marca: Pegaso Diésel

Tipo 9100 Carrera m/m 155

Cilindros 6 Cilindrada Total cm3 10170

Calibre m/m 118 Revoluciones Max. 2000

Potencia Fiscal C.V 41

Tabla 1, especificaciones motor diésel.

Motor BMW

Motor desmontable para fines prácticos del laboratorio, en el cual se desmonto la culata para

medir las longitudes del PMS y PMI, además del diámetro de la camisa.

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4. METODO A SEGUIR

En primer lugar se estudia el comportamiento de los motores de combustión interna de 4 tiempos

y sus componentes de forma teórica, además de observar físicamente los componentes presentes

en el laboratorio, tales como el árbol de bielas, cigüeñales, pistones y sus respectivos anillos, y se

observan imágenes de dámper, volantes de inercia, ruedas dentadas, bujía, inyector, y tiempo de

admisión, compresión, expansión y escape, entre otros.

Posteriormente se analizaron algunas diferencias de este tipo de motores, por ejemplo la potencia

que generan, el número de válvulas de admisión y escape, y su diseño; por otro lado se explicaron

los ciclos Diésel y Otto describiendo sus principales características y diferencias, ya que en el caso

de ciclo Otto opera con Bujías y comprime en una relación de 1:11, mientras que el ciclo Diésel

trabaja con inyector y puede comprimir bajo una relación de 1:13 hasta 1:25.

Luego se procede a la sala de motores, en donde en primero se trabaja con un equipo

demostrativo de motor Diésel analizando sus componentes y el funcionamiento del mismo,

además dicho motor presentaba cortes en su estructura y distintos colores en sus partes para

apreciar de mejor manera como operaba el sistema.

Seguidamente se trabajó con un motor BMW, el cual por condiciones del laboratorio se

encontraba libre para su desmontaje, en primer lugar se desmonto la culata y se estudió el

movimiento de los pistones, luego de elegir un pistón, se procedió a analizar su PMS y PMI, con el

fin de medir la carrera del mismo y el diámetro de la camisa de dicho pistón, para con estos

valores determinar la cilindrada del motor.

Finalmente se realizaran algunas conclusiones, comentarios y observaciones personales con

respecto al laboratorio y la investigación personal realizada.

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5. MEDICIONES Y CALCULOS

Tabla 1: Valores correspondientes a la carrera del pistón, diámetro de la camisa, y número de

cilindros.

Numero de cilindros 6

Diámetro de camisa [mm] 83,8

Carrera pistón [mm] 75,6

Tabla 2, mediciones.

Volumen del cilindro:

D: diámetro camisa.

h: Carrera pistón

Cilindrada Unitaria:

Cilindrada Total:

Cilindrada Unitaria [cm3] 462

Cilindrada Total [cm3] 2773

Tabla 3, resultados.

Como el valor se debe aproximar, la cilindrada del motor será 2,5 litros.

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6. ANALISIS Y CONCLUSIONES

Se comprueba que la cilindrada total de un motor es la suma de las cilindradas de cada uno de sus

cilindros, y es un valor aproximado al que se entrega comúnmente cuando se compre un vehículo.

Los motores Diésel son más grandes (y por consiguiente más pesados), que los motores de ciclo

Otto (bencineros), además el primero, por un lado tiene una relación de compresión entre 14 a 25

veces, mientras que el ciclo Otto, tiene una compresión de 11:1, siendo un motor de dimensionas

más pequeñas. Por otro lado el ciclo Diésel trabaja a presión constante, y a elevadas

temperaturas, siendo necesaria mantener la camisa húmeda con un refrigerante, mientras que en

el ciclo Otto se trabaja con una camisa seca ya que las temperaturas son menores, sin embargo la

potencia generada por el motor de ciclo Otto es mayor que el Diésel debido a que el combustible

utilizado tiene un poder calorífico bastante elevado.

La combustión del motor de gasolina necesita ser activado mediante una chispa, en cambio, el

motor Diésel es más autónomo, ya que la ignición se activa de manera automática por la alta

presión alcanzada por el combustible en la compresión.

Los costos asociados son bastante dispares en cuanto a este tipo de motores, ya que debido a la

alta compresión de los motores Diésel, estos son más pesados, robustos, y de mayores

dimensiones, de aquí su precio más alto, esto implica también que si vida útil sea más larga, en

comparación con un motor de gasolina, el combustible también es más económico, pero a su vez

sus mantenciones y reparaciones son de mayor costo. Al final será un tema de requerimientos, ya

que si el objetivo es transporte, siempre convendrá un motor Diésel, pero si las necesidades son

potencia, velocidad, peso y eficiencia, sin importar el gasto en combustible, los motores Otto

llevan la delantera.

Finalmente se puede concluir que durante el desarrollo del laboratorio tanto de forma teórica

como práctica, se logró, estudiar, analizar y comprender el funcionamiento de los motores de

combustión interna, además de los componentes que conforman este sistema y la gran gama de

aplicaciones en las cuales son utilizados, cumpliendo con los objetivos de la experiencia.

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7. ANEXO

7.1 Funcionamiento de un motor

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.

Este movimiento es transmitido por medio de la biela al eje principal del motor o cigüeñal, donde

se convierte en movimiento rotativo, el cual se transmite a los mecanismos de transmisión de

potencia (caja de velocidades, ejes, diferencial, etc.) y finalmente a las ruedas, con la potencia

necesaria para desplazar el vehículo a la velocidad deseada y con la carga que se necesite

transportar.

Mediante el proceso de la combustión desarrollado en el cilindro, la energía química contenida en

el combustible es transformada primero en energía calorífica, parte de la cual se transforma en

energía cinética (movimiento), la que a su vez se convierte en trabajo útil aplicable a las ruedas

propulsoras; la otra parte se disipa en el sistema de refrigeración y el sistema de escape, en el

accionamiento de accesorios y en pérdidas por fricción.

En este tipo de motor es preciso preparar la mezcla de aire y combustible convenientemente

dosificada, lo cual se realizaba antes en el carburador y en la actualidad con los inyectores en los

sistemas con control electrónico. Después de introducir la mezcla en el cilindro, es necesario

provocar la combustión en la cámara de del cilindro por medio de una chispa de alta tensión que

la proporciona el sistema de encendido.

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En un motor el pistón se encuentra ubicado dentro del cilindro, cuyas paredes le restringen el

movimiento lateral, permitiendo solamente un desplazamiento lineal alternativo entre el PMS y el

PMI, a dicho desplazamiento se le denomina carrera.

Tanto el movimiento del pistón como la presión ejercida por la energía liberada en el proceso de

combustión son transmitidos por la biela al cigüeñal. Este último es un eje asegurado por los

apoyos de bancada al bloque del motor, y con unos descentramientos en cuales se apoyan las

bielas, que son los que permiten que el movimiento lineal del pistón transmitido por la biela se

transforme en un movimiento circular del cigüeñal.

Este movimiento circular debe estar sincronizado principalmente con el sistema de encendido y

con el sistema valvular, compuesto principalmente por el conjunto de válvulas de admisión y de

escape, cuya función es la de servir de compuerta para permitir la entrada de mezcla y la salida de

gases de escape.

Normalmente las válvulas de escape son aleadas con cromo con pequeñas adiciones de níquel,

manganeso y nitrógeno, para incrementar la resistencia a la oxidación debido a las altas

temperaturas a las que trabajan y al contacto corrosivo de los gases de escape.

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7.2 Tipos de motores

Los motores de combustión interna se clasifican dependiendo de sus condiciones de trabajo u

diseño:

Según el modo de operar

Motores con mecanismo

pistón-biela-cigüeñal

Son los motores más utilizados en los automóviles desde sus

orígenes. Este esquema de trabajo es el más representativo del

motor de combustión interna.

Motores Rotatorios Se usan exclusivamente por algunos fabricantes de automóviles,

para generar mayor velocidad.

Según combustible

Motores de gasolina (ciclo

Otto)

Motores que se alimentan con una mezcla de aire-gasolina que

luego es encendida por una chispa eléctrica.

Motores Diésel Motores que se alimentan solo de aire que comprime y calienta.

Luego se inyecta combustible finamente pulverizado para que se

auto-inflame.

Motores de gas Lo mismo que los de gasolina, pero con una mezcla de gases

combustibles y aire.

Motores poli-combustibles Motores como los Diésel, pero que puedan funcionar con

diferentes tipos de combustibles.

Según alimentación

Motores de aspiración

natural

Son motores en los que el cilindro de trabajo se llena por la

aspiración natural del pistón al hacer vacío.

Motores sobre-alimentados Están dotados de un compresor que fuerza la mezcla de aire-

combustible o aire solo, según el caso, en el cilindro de trabajo.

Según ciclos de trabajo

Motores de 2 tiempos Motores donde todo el ciclo de trabajo se realiza en cada vuelta de

cigüeñal.

Motores de 4 tiempos En este caso el ciclo de trabajo se realiza por cada dos vueltas del

cigüeñal.

Según lubricación

Motores de cárter húmedo Motores donde existe un cárter que contiene aceite lubricante.

Motores de cárter seco En este caso el cárter está vacío y el lubricante entra al motor

mezclado con la gasolina.

En el caso del laboratorio solo se estudiaron ciclos Otto y Diésel de 4 tiempos compuestos por

pistón-biela-cigüeñal.

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7.2.1 Ciclo de 4 tiempos.

El ciclo consiste en dos carreras ascendentes y dos carreras descendentes del pistón. Cada carrera

coincide con una fase del ciclo de trabajo, y recibe el nombre de la acción que se realiza en el

momento.

Su eficiencia está basada en la variación de la temperatura tanto en el proceso de compresión

isentrópico1, como en el calentamiento a volumen constante (Otto) o presión constante (Diésel).

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7.2.2 Ciclo Otto

El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión interna de

encendido provocado (motores de gasolina). Se caracteriza porque en una primera aproximación

teórica, todo el calor se aporta a volumen constante.

Admisión (PMS a PMI): Comienza en el PMS, se abre la válvula de admisión y debido al vacío

resultante entra al cilindro la mezcla de aire y gasolina mezclados previamente en el carburador.

Cuando el pistón llega al PMI todo el cilindro está lleno de la mezcla de combustible.

Compresión (PMI a PMS): Comienza en el PMI, se cierra la válvula de admisión y la de escape

permanece cerrada, por lo que se produce la compresión de la mezcla en el volumen que está por

encima del pistón (cámara de combustión). Durante esta carrera debido al aumento de presión, el

aire se calienta, la gasolina se evapora y se mezcla con el aire hasta llegar al PMS.

Combustión (PMS a PMI): Comienza en el PMS, se produce la combustión mediante una chispa

generada por la bujía, la gran presión generada por la quema del combustible, hace descender el

pistón con gran fuerza, y en este momento se produce el trabajo útil para mover el automóvil. Se

llega al PMI y los gases se han enfriado por lo cual no son útiles, en este momento se abre la

válvula de escape.

Escape (PMI a PMS): Comienza en el PMI, se abre la válvula de escape y el pistón empuja los gases

hacia dicha válvula, limpiando la camisa de los gases quemados. Cuando llega al PMS, el cilindro

está totalmente limpio, comenzando con un nuevo ciclo de admisión.

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7.2.3 Ciclo Diésel

El ciclo Diésel es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión interna de

encendido automático (auto-ignición). Se caracteriza porque en una primera aproximación teórica,

todo el calor se aporta a presión constante.

Admisión (PMS a PMI): Ocurre de la misma forma que el ciclo Otto, a diferencia que en este caso

solo ingresa aire sin combustible.

Compresión (PMI a PMS): Comienza en el PMI y solo se comprime aire, el cual debido al aumento

de presión se calienta, luego cerca del PMS, se inyecta el combustible a muy alta presión dentro

del cilindro finamente atomizado, mediante un inyector.

Combustión (PMS a PMI): Luego de inyectar en combustible atomizado en el PMS, la alta

temperatura del aire evapora y enciende el combustible espontáneamente produciendo la

explosión y expansión al igual que el ciclo Otto.

Escape (PMI a PMS): Se produce de forma análoga al ciclo Otto.

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7.3 Componentes principales

7.3.1 Block

Es el principal miembro de soporte del motor. Casi todos los demás componente están,

conectados o soportados por el Block. Los pistones, bielas y el cigüeñal trabajan dentro de este.

El block puede tener ya sea el diseño en línea o del tipo en V dependiendo del arreglo de cada uno

de los cilindros en el bloque. Este contiene los cilindros, los pasajes internos para el refrigerante y

el aceite, y las superficies de montaje para fijar los accesorios del motor, tales como el filtro de

aceite y la bomba del refrigerante. La cabeza de cilindros está montada sobre la parte superior del

Block, y el cárter en el fondo del bloque.

7.3.2 Camisa de Cilindro

Una camisa de cilindro, es un cilindro de acero endurecido que se inserta en el Block. No todos los

Bloques de motor requieren camisas. Son hechas de un material duro para contener la

combustión dentro de los cilindro y reducir el desgaste producido por el movimiento de los anillos

del pistón. Existen dos tipos de camisas: Camisas húmedas y secas.

Las camisas húmedas se le llaman así ya que tienen contacto directo con el refrigerante, mientras

que las secas no tienen contacto con el refrigerante del motor.

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7.3.3 Carter

Este soporta el cigüeñal y los cojinetes principales. El fondo del Block forma la parte superior del

cárter. El depósito del aceite que se fija al fondo del Block incluye varias superficies de soporte

para el cigüeñal.

Los soportes tienen pasajes de aceite que lubrican el cigüeñal a medida que gira contra los metales

de cojinete. Estos pasajes se alinean con los orificios de aceite en los metales del cojinete.

7.3.4 Cigüeñal

El cigüeñal transforma el movimiento hacia arriba y hacia abajo de los pistones en un movimiento

giratorio, que se requiere para impulsar las ruedas del vehículo. El cigüeñal se monta en el Block

en soportes en forma de “U” que se funden en el conjunto del Block. Las tapas, llamadas tapas de

cojinetes principales, se atornillan sobre los soportes para fijar el cigüeñal sobre el bloque. Entre el

cigüeñal y sus superficies de montaje se tienen metales de cojinete que sostienen y detienen el

cigüeñal y le permiten girar. El cigüeñal soporta las fuerzas de los impulsos producidos por las

carreras de explosión en los pistones. El cigüeñal generalmente se fabrica de hierro fundido

pesado y de alta resistencia.

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7.3.5 Biela

Las bielas son metales los cuales van sujetados con un seguro a los pistones para que al subir y

bajar le den el movimiento al cigüeñal.

7.3.6 Pistón

Los pistones forman la parte inferior de la cámara de combustión en el cilindro. El pistón transfiere

al cigüeñal la potencia generada al quemar la mezcla de aire y combustible. La parte superior del

pistón se conoce como cabeza del pistón. La parte superior del pistón contiene varias ranuras

donde se instalan los anillos de compresión y de aceite. La parte inferior del pistón, debajo de las

ranuras de los anillos, se llama falda. Las superficies de empuje de la falda del pistón guían al

pistón en el diámetro interior del cilindro e impiden que el pistón se mueva hacia uno u otro lado

en el cilindro.

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7.3.7 Anillos del pistón

Los anillos de pistones sellan la cámara de combustión donde se enciende la mezcla de

aire/combustible. Además de sellar la cámara de combustión, los anillos de pistón raspan el aceite

de las paredes del cilindro y lo dirigen otra vez hacia el cárter. Los anillos de pistón también

ayudan a transferir el calor del pistón a la pared del cilindro.

7.3.8 Válvulas

ADMISION: La de admisión, como lo dice su nombre admite aire a la cámara de combustión, esta

para que no se fugue el aire tiene un movimiento recto en el cual baja para admitir y sube para

cerrar, mediante un resorte.

ESCAPE: Al igual que la de admisión cuenta con lo mismo, solo que esta sube para que se escapen

los gases de la cámara de combustión y sierra para que en la admisión no se escape nada.

7.3.9 Árbol de levas

El árbol de levas controla los eventos de apertura y cierre de las válvulas. El cigüeñal acciona al

árbol de levas mediante una conexión de engranajes, de cadena o de correa. El árbol de levas gira

a la mitad de la velocidad del cigüeñal para mantener el tiempo correcto de los cuatro ciclos de la

combustión.

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7.3.10 Inyectores

Los inyectores son los que se encargan de subministrar o inyectar el combustible ya sea gasolina

(esta es inyectada en chorro) o el Diésel (este es inyectado como más gaseoso o en aerosol) claro

tienen sus diferencias, por ejemplo el motor a diésel no usa bujías.

7.3.11 Bujías

Las bujías son las que dan el chispazo para que explote el combustible y el aire que está alojado en

la cámara de combustión.

7.3.12 Dámper

El dámper amortigua los "impactos" de las explosiones del motor y hace que gire más

suavemente. El dámper se basa en una pieza de bastante inercia unida al cigüeñal por medio de

un acople elástico, este acople absorbe parte del golpe.

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7.3.13 Bomba de agua

La bomba de agua es para bombear el líquido refrigerante ya sea agua o anticongelante para que

este pueda recorrer el motor y así mismo enfriarlo, está en su interior tiene una pequeña hélice la

cual es la que impulsa el líquido refrigerante.

7.3.14 Banda de impulsión

La banda de impulsión es una banda que no tiene diente de engrane como la de distribución, sirve

para que tenga movimiento a su vez el moto ventilador y la bomba de agua.

8. BIBLIOGRAFIA

1. Termodinámica, Cengel and Yunus.

2. Apuntes profesor Leopoldo Muñoz.

3. http://www.sabelotodo.org/automovil/motores.html.