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1. Definir un motor de combustión interna y explicar

el trabajo de un motor a gasolina de cuatro tiempos

(emplear dibujo)

Definición de motor de combustión interna: El

motor de combustión interna es un transformador de

energía química almacenado en el combustible y estelo transforma en energía mecánica.

Motor a gasolina (cuatro tiempos): El motor de

gasolina es un motor alternatio con encendido por

c!ispa en el que se quema una me"cla de aire y

combustible. Durante la combustión se transforma la

energía química de la gasolina en energía calorífica.#os conjuntos mecánicos del motor consiguen que

energía t$rmica o calorífica se transforme en energía

mecánica que permite despla"ar el e!ículo.

Ciclo teórico: En los motores alternatios% el piston

se despla"a desde la parte mas alta% denominada

 punto muerto (&') y la parte mas baja% puntomuerto inferior (&').Entre el &' y el &'%el

cig*e+al reali"a un giro de 1,- grados% por lo que un

ciclo de trabajo se reali"a en cuatro fases o tiempos

en dos ueltas de cig*e+al.#os cuatro tiempos del ciclo en el motor de gasolina

son

a. &rimer tiempo admisión de gases frescos (me"cla

de aire y combustible).

b. egundo tiempo compresión de la me"cla de aire

y combustible.c. /ercer tiempo explosión (combustión de la me"cla

de aire y combustible).

d. 0uarto tiempo escape de los gases quemados.

a. admision: en el primer tiempo% el pistón se

encuentra en el punto muerto superior (&')% en este

despla"amiento se genera una depresión en elcilindro% la álula de admisión permanece abierta y

la de escape cerrada% permitiendo la entrada de

me"cla airecombustible.

b. Compresión: el pistón se encuentra en el punto

muerto inferior (&'). /odo el olumen del cilindro

se encuentra lleno de me"cla de aire y gasolina% la

álula de admisión se cierra y de escape continua

cerrada.El pistón se despla"a desde el punto muerto inferior

(&') al punto muerto superior (&'). En la carrera

ascendente del pistón% con las dos álulas cerradas%

la me"cla de aire y combustible se comprime en lacámara de compresión.

c. Explosión: El piston se encuentra en el punto

muerto superior (&') con la me"cla comprimida. El

circuito de encendido manda una corriente el$ctrica a

la bujía (encendido por c!ispa)% generándose la

combustión de la me"cla en el interior de la cámarade combustión .

#a me"cla al combustionarse elea la presion de los

gases y aumenta de temperatura% los gases a presionempujan la cabe"a del piston y lo despla"an del punto

muerto superior al punto muerto inferior generándosela fase de trabajo. #as álulas en este tiempo

 permanecen cerradas.

d. Escape: el piston se encuentra en el punto muerto

inferior con todo su olumen lleno de gases

quemados. El motor necesita expulsar al exterior los

gases para iniciar nueamente el ciclo.El piston se despla"a en una carrera ascendente desde

el &' al &'. #a alula de escape se abre% y los

gases son expulsados por el tubo de escape al

exterior.

El instante en que las dos álulas están abiertas se

denomina cruce o solapamiento de álulas.El motor dispone d los elementos constructios que

 permiten la apertura y cierre de las álulas y del

mecanismo de biela maniela que transforma el

moimiento lineal del piston en rotatorio del

cig*e+al.

Diagrama teorico del motor de cuatro tiempos

El ciclo completo y teorico se reali"a cada dos ueltas

del motor y cada tiempo se reali"a cada 1,- grados de

giro del motor. #as álulas del motor se abren y se

cierran en los puntos muertos% cada tiempo se reali"a

desde un punto muerto !asta su llegada al otro.2n motor con este ciclo de trabajo funciona pero no

se aproec!a al máximo el combustible ni tiene un

rendimiento aceptable. #os dise+adores de motores

adaptan los tiempos del motor y aperturas de las

álulas a las necesidades de cada motor y modifican

los momentos en los que las álulas se abren ycierran y en consecuencia el alargamiento o

acortamiento de los tiempos.

 Ciclo real.

Primer tiempo. Admision

En el ciclo real el tiempo de admisión se alargaconsiderablemente. #a alula de admisión se abre

antes de que el piston llegue al punto muerto superior 

(de 1- a 13 grados)% adelanto de apertura de admisión

(444). El cierre de la alula no se reali"a en el

 punto muerto inferior sino despues de 5- a 53 grados

(604) retroceso al cierre de la admisión. 0on estas

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modificaciones se aproec!a la inercia de los gases

tanto en la entrada como en el cierre de la alula de

admisión.

 Segundo tiempo. Compresion.

El tiempo de compresión se acorta en el ciclo real%

empie"a cuando la alula de admisión se cierra7 eneste caso el piston !a iniciado la carrera ascendente y

antes de alcan"ar el punto muerto superior salta la

c!ispa en la bujía% aance de encendido (4E)%

iniciando la combustión.

ercer tiempo! traba"o o expansión

e inicia en el momento en que se produce la

explosión de la me"cla (antes de que el piston llegueel punto muerto superior)% por lo que se consigue que

la máxima presion de los gases quemados% superior

8- bar% se produ"ca en el punto muerto superior del

 piston.

#as dos álulas se encuentran cerradas% la presion de

los gases despla"a el piston del punto muerto superior al punto muerto inferior transformándose en trabajo

mecanico. 4ntes que el piston llegue al punto muertoinferior se abre la alula de escape terminando asi

este tiempo.

Cuarto tiempo. Escape

e adelanta la apertura de la alula de escape (44E)

 para aproec!ar la presion interna de los gases (44E

5- 4 3- grados)% los gases salen rápidamente al

exterior y el piston se despla"a desde el punto muerto

inferior al punto muerto superior empujando% en sudespla"amiento% los gases al exterior.

#a alula de escape permanesa abierta despues del

 punto muerto superior para aproec!ar la inercia de

los gases para salir al exterior (retraso cierre de

escape 60E 13 a 9- grados).

 

#. 0lasificar los motores de combustión interna de

acuerdo a sus ciclos de operación% su tipo de

formación de me"cla y seg:n sus mecanismos y sussistemas

Por el sistema de enfriamiento.

#os motores pueden ser enfriados por agua y por

aire. #os primeros poseen una cámara interna para

alojar al agua de refrigeración. esta cámara oc!aqueta de agua rodea a los cilindros y se comunica

con la cámara de la culata por medio de orificios que

 junto con los empaques de la culata% forman pasajes

de cierre !ermetico. El agua es for"ada por medio deuna bomba y circula de abajo !acia arriba en el motor 

 para pasar por una manguera al radiador donde la

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circulación es de arriba !acia abajo. En el radiador se

transfiere el calor por conección% conducción y

radiación% que es acelerada por una corriente de aire

 producida por el entilador. El agua retorna al bloque

nueamente con una temperatura controlada7 en elcontrol de la temperatura interiene actiamente un

termostato de apertura y de cierre automatico. El

enfriamiento por aire se reali"a por medio de aletasde enfriamiento que rodean externamente al cilindro

y a la culata. Esta acción es refor"ada por unentilador o turbina que esta montado en la misma

olante del cig*e+al. 4lgun tipo de artefacto controla

la temperatura% y asi un termostato en la línea de aire%

una cortina o un deflector que controla el flujo de

aire. 4lgunos de ellos son de control automatico.P$% E& 'P$ DE C$MS'&E.

&ueden ser motores de gasolina% de combustible

diesel y de gas. #os motores a gasolina funcionan

reali"ando la combustión de una me"cla de gasolina y

aire en proporciones casi estables (1 a13). #a relación

de compresión del cilindro es alrededor de 1 a ,. #os

motores diesel lo !acen comprimiendo aire en elcilindro y al finali"ar la carrera de compresión se

inyecta combustible atomi"ado el que se quema en

 presencia del aire comprimido7 la temperatura que se

alcan"a por alta compresión es de 8-- grados 0elsius%

y es la que produce el autoencendido% la relación de

compresión es alrededor de 1 a 18.#os motores a gasfuncionan introduciendo gas propano y butano al

cilindro% a cierta presion% la que es controlada por

reguladores especiales. El combustible es gas licuado%

el que es mantenido a presion dentro del tanque% que

es de cierre !ermetico.P$% &$S C'C&$S

#os motores pueden desarrollar su ciclo completo de

las siguientes maneras

Ciclo de gasolina de dos tiempos: el cig*e+al gira

solamente una uelta% correspondiente a dos iajes

del piston. Durante esta uelta se reali"an las cuatro

fases del ciclo admisión% compresión% explosión yescape. #a lubricación se llea a cabo por una

me"cla de gasolina y de aceite en una proporción de 1

a 9-. Este motor no tiene álulas.

Ciclo diesel de dos tiempos: el motor tambi$ncompleta su ciclo en una sola uelta del cig*e+al% o

sea% en dos iajes del pistón. #a alimentación de aire

se reali"a por medio de un supercargador impulsado

 por los gases de escape. #a lubricación es a presion y

no se reali"a ninguna me"cla de combustible con el

aceite. Este motor no tiene álulas.

Ciclo de gasolina de cuatro tiempos: el cig*e+al

tiene que reali"ar dos ueltas% lo que equiale a cuatro

iajes del pistón. #os tiempos son bien definidos. #alubricación es for"ada y posee bomba de aceite. El

motor tiene álulas de admisión y de escape.

Ciclo diesel de cuatro tiempos: el cig*e+al tiene que

reali"ar tambi$n dos ueltas o cuatro iajes del pistón

 para completar el ciclo. #os tiempos son bien

definidos.

Por la disposición de los cilindros#os motores pueden clasificarse en&*nea +ertical: los cilindros están ubicados unodetrás del orto% alineados y trabajan erticalmente.

rans+ersal:

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&*nea , oblicuos: es el mismo motor anterior con la

:nica diferencia que el motor oblicuo.

-: los cilindros están ubicados a ;- grados% unos a la

i"quierda y los otros a la derec!a7 su característica principal es que son mas cortos que su similar en

línea. on mas bajos y compactos.

Cilindros opuestos: los cilindros están ubicados!ori"ontalmente% uno frente a otro.

Por la compresión: de mediana compresión (motores

a gasolina) y de alta compresión (motores diesel)

Por el encendido: motores de autocombustion% que

son los diesel7 y motores a c!ispa el$ctrica% son los degasolina y los de gas.

Por el tipo de piston: los motores a pistón

reciprocante son los más usados en la actualidad. #os motores a pistón rotatios.

Segn el sistema de alimentación

Motores de aspiración natural on motores en los

que el cilindro de trabajo se llena por la aspiración

natural del pistón al !acer acío.Motores sobre/alimentados: Están dotados de uncompresor que fuer"a la me"cla de airecombustible o

aire solo% seg:n el caso% en el cilindro de trabajo.

Segn el modo de lubricación

Motores de c0rter 1medo 'otores donde existeun cárter que contiene aceite lubricante.

Motores de c0rter secoEn este caso el cárter está

acío y el lubricante entra al motor me"clado con la

gasolina.

2. cuales son las entajas y desentajas de losmotores alternatios frente a otras máquinas y formas

de conersión de energía química y mecánica.

#as principales +enta"as de estos motores% que !an

motiado su gran desarrollo son

El uso de combustibles líquidos% de gran poder

calorífico% lo que proporciona eleadas potencias y

amplia autonomía. Estos combustibles son

 principalmente la gasolina en los motores <tto y el

gasóleo o di$sel en los motores di$sel aunque

tambi$n se usan combustibles gaseosos como el!idrógeno% el metano o el propano.

6endimientos aceptables% aunque raramente

sobrepasan el 3-= (t$ngase en cuenta que

rendimientos del 1--= son imposibles).

4mplio campo de potencias% desde -%1 > ? !asta

más de @- '? lo que permite su empleo en laalimentación de máquinas manuales peque+as así

como grandes motores marinos.

in embargo% estos motores no están exentos

de incon+enientes% entre los que cabe se+alar

0ombustible empleado. Estos motores están

alimentados en su mayoría (aunque existen

desarrollos alternatios) por  gasolina o di$sel% dos

deriados del petróleo que como sabemos es un

recurso no renoable% además de sufrir su precio

fluctuaciones de consideración.0ontaminación. #os gases de la combustión de estos

motores son los principales responsables de la

contaminación en las ciudades (junto con las

calefacciones de combustibles fósiles)% lo que da

lugar a episodios agudos de contaminación localcomo el smog fotoquímico y contribuye de formaimportante en fenómenos globales como el efecto

inernadero y consecuente cambio climático.

3. Dedu"ca las expresiones para los rendimientos

t$rmicos de los ciclos de aire normal para los motores

alternatios. Explicar la influencia de cada parámetrorelación de compresión% relación de expansión% etc. E

infiera posibilidades constructias para el aumento

del rendimiento a partir de esas relaciones de

influencia.Ciclo otto

El ciclo otto es el ciclo ideal que se asocia al motor de

encendido por c!ispa% aunque difiere netamente delciclo real% pero sire para explicar el proceso bajo

!ipótesis sencillas.

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a) 19 compresion adiabática compresión del fluido

de trabajo% el piston tiene que reali"ar el trabajo de

compresión ?1.

 b) 9@ aportacion de calor a olumen constante

introducción instantánea del calor aportado A1.c)@5 expansion adiabática expansión%

correspondiente al trabajo ?9% reali"ado por el fluido

de trabajo.d) 51 Extraccion de calor a olumen constante

extracción instantánea de calor A9.En realidad% en los motores de 5 tiempos la extracion

de calor se produce en la fase de escape% desde la

apertura de la alula de escape (51-)% % y además el

fluido se introduce en el motor en la carrera de

admisión (-1). Este !ec!o queda representado

gráficamente en el diagrama &BC por una línea!ori"ontal discontinua. Estos dos procesos (1- y -.1)

se anulan teóricamente entre ellos% dando una perdida

o ganancia de calos nulos. 4si pues% en el diagrama

&BC del ciclo otto ideal solo se considerara el ciclo

cerrado.

#a aportación de calor dentro el motor% A1% se reali"aa olumen constante% y por tanto el trabajo en esta

fase es nulo ?9@-. Estudiando% entonces% la

ecuación de conseración de la energía% se llega a

0omo se esta estudiando un ciclo ideal y estos se

caracteri"an por tener como fluido de trabajo un gas perfecto% se cumplira

De la misma manera% como la extracción de calor A9

es olumen constante

El rendimiento t$rmico ideal endrá dado por la

siguiente expresión

0omo los procesos de expansión y compresión son

adiabáticos% se pueden reali"ar las ecuaciones

referentes a los procesos adiabáticos.

Entonces% finalmente% sustituyendo en la ecuación

9%83% se llega a

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El rendimiento termico del ciclo otto es funcion de la

relacion de compresion

de la relacion de calores especificos F y por tantono depende de la cantidad de calor aportado o del

grado de explosion.

4nali"ando la ecuacion del rendimiento termico% se

obsera que este aumenta al aumentar o F.

Ciclo diesel

Es el ciclo de referencia asiganado a los motores de

encendido por compresion para explicar de forma

simple y teorica los procesos.

#a diferencia fundamental entre el ciclo diesel y ciclootto esta en la fase de aportacion de calor. En el ciclo

otto el calor era introducido a olumenconstante% en

el ciclo diesel es introducido a presion constante. <tra

diferencia entre los dos ciclos se encuentra en la

relacion de compresion7 para los motores diesel esta

entorno de 15 a 95% mientras que para los motores deencendido por c!ispa aria entre 8 a 1-. #os dos tipos

de motores requieren la maxima relacion de

compresion para mejorar el rendimiento. in

embargo% condicionados por el combustible% los

motore de encendido proocado no deben sobrepasar

una cierta relacion de compresion para no sufrirefectos como picado% mientras que los motores diesel

requieren una relacion de compresion minima para

garanti"ar el encendido por compresion y a partir de

una determinada relacion de compresion el aumento

del rendimiento ya no compesa el aumento de costos

y peso del motor capa" de resistir las presiones que segenerarian.

0omo se puede er en la figura el ciclo Diesel esta

formado por 5 lineas termicas.

a. 19 compresion adiabatica.

 b. 9@ aportacion de calor a presion constante.

c. @5 expansion adiabaticad. 51 extraccion de calor a olumen constante.

En el proceso de aportacion de calor% a presion

constante% el piston se despla"a% y por tanto reali"a un

trabajo

i se usa la ecuacion de la energia% se obtiene

como la entalpia ! del fluido tiene la expresión

Entonces la ecuación queda de la siguiente manera

i se considera que el fluido de trabajo es un gas ideal

y el proceso es a presion constante% entonces

De manera que el calor aportado ale

0omo la extracción de calor tiene lugar en un proceso

id$ntico al del ciclo otto% se puede escribir

directamente

ustituyendo los alores de A1 y A9 en la ecuación

del rendimiento t$rmico

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En el proceso 9@ de compresión a presion constante%

se cumple

&ara los procesos adiabáticos de expansión ycompresión se puede aplicar las ecuaciones

anteriores.

Entonces

ustituyendo estas expresiones en las ecuaciones del

rendimiento t$rmico ideal se obtiene

3. dedu"ca la expresión para determinar el olumen

del cilindro de un motor alternatio % para cualquier

 posición del angulo de giro del cig*e+al. <btenga% a

 partir de la expresión para el despla"amiento del

 piston% las expresiones para la elocidad y la

aceleración del piston.

 Cilindrada

4 la suma de los ol:menes de todos los cilindros deun motor se le llama cilindrada. 0omo en un motor

los cilindros son todos iguales% para calcular la

cilindrada del motor bastara calcular el olumen %

osea% caidad y capacidad de uno de los cilindros y

multiplicarlo por el numero de cilindros del motor.

&ara reali"ar este calculo% se considera como olumen

de un cilindro% el olumen del mismo comprendido

entre la posición de la cara superior del embolo

cuando esta en el punto muerto superior. El olumen

de un cilindro se calcula por la formula

 De la figura podemos determinar la relación que !ay

entre los despla"amientos lineales del piston y los

despla"amientos angulares de la maniela% esto nos

ayudara a determinar la elociada y la aceleración del

 piston.

De la figura obtendremos la siguiente relación

Debido a relaciones geom$tricas y sabiendo que

<btenemos la siguiente expresión en

función del angulo de la maniela conrespecto al centro de cig*e+al

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Donde

G es el despla"amiento del piston en (m)

-elocidad del pistonDe la formula se puede obtener la elocidad del

 piston% deriando la relación de despla"amiento conrespecto al tiempo% resultando asi en la siguiente

ecuación

0omo se puede apreciar de la ecuación el piston

adquiere su elocidad máxima para un angulo menorde los ;- grados.

 

Aceleración del piston

Deriando la ra"ón de elocidad con respecto al

tiempo podemos obtener

De la anterior formula obtenemos que para - grados y

1,- grados tendremos nuestra máxima aceleración y

deceleración.

4. de el orden de calculo de los parámetros dinamicos

del motor (fuer"as y momentos en los elementos de

los mecanismos del motor). Explique el calculo de la

olante de un motor. En que consiste el balanceo de

un motor alternatio. Explique los m$todos de balaceo.

4 modo de bree introducción% eamos qu$ aspecto

 presenta la fórmula de la energía almacenada en un

rotor como energía cin$tica% o% más concretamente%

como energía rotacional

donde

H es la elocidad angular % y

 I  es el momento de inercia de la masa sobre el eje de

rotación.

Ceamos a!ora unos pocos ejemplos de momentos de

inercia que nos pueden ser de utilidad a la !ora dereali"ar sencillos cálculos para sistemas

simplificados

El momento de inercia para un cilindro

sólido es %

 para un cilindro de pared

delgada %

y para un cilindro de pared no

delgada .

donde m denota la masa% y r  denota el radio.

-olante de 'nercia simplificado

Estudiemos a!ora el comportamiento físico de un

olante de inercía desde un punto de ista

simplificado

Esquema simplificado de un -olante de inercia

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ea

 I  el momento de inercia del olante.

I la coordenada de posición del olante.T i el momento de torsión de entrada correspondiente a

una coordenada Ii.

T - el momento de torsión de salida correspondiente auna coordenada I-.

 la elocidad angular  de entrada correspondiente a

una coordenada Ii.

 la elocidad angular  de salida correspondiente a

una coordenada I-.

/omando arbitrariamente T i como positio y T - como

negatio% obtendremos la siguiente ecuación para elmoimiento del olante

o lo que es lo mismo%

Es decir% una ecuación diferencial de segundo orden

que podemos resoler aplicando las t$cnicas

apropiadas (tanto para ecuaciones diferenciales

lineales como no lineales) una e" conocidas la

funciones de ariación de los momentos de torsión deentrada y salida.

En general% T i y T - pueden depender tanto de los

alores de Ii y I- como de los alores de Hi y H-. Jo

obstante% normalmente el momento de torsión

depende :nicamente de uno de los dos parámetros%

siendo frecuentemente H el decisio.En un análisis menos ex!austio del sistema formado

 por el olante% podríamos suponer que el eje es rígido

a torsión y en consecuencia tomar

Ii  I-  I

 por consiguiente la ecuación anterior quedaríasimplificada del siguiente modo%

Camos a describir paso por paso la interpretación que

se debe reali"ar del diagrama anterior 4 la entrada una fuente de potencia somete

al olante a un momento de torsión (en este

caso constante) T i mientras el eje gira

de I1 a I9.

4l !aber tomado arbitrariamente T i como

un momento torsor positio lo

representamos ascendentemente en el eje de

ordenadas del diagrama.

De la ecuación estudiada arriba para el

moimiento del olante deducimosque K será una aceleración positia y

consecuentemente la elocidad del eje

aumentara de H1 a H9.

4 continuación% el eje se despla"ará

de I9 a I@ con /- de modo que

nueamente en concordancia con la

ecuación ista K será nula. &or tanto H9 

H@.

&or :ltimo de I@ !asta I5% se aplica un

momento de torsión de salida (tambi$n

constante en este caso) que !ará que se

 pierda elocidad en el eje pasándose

de H@ a H5. 4l !aber tomadoarbitrariamente T - como un momento torsor 

negatio lo representamos

descendentemente en el eje de ordenadas

del diagrama.

&ara el caso !ipot$tico estudiado% la energía

transmitida al olante (trabajo entrante) es

cuantitatiamente equialente al área del rectángulo

delimitado por I1 y I9 es decir

#a energía extraída del olante (trabajo saliente) es

cuantitatiamente equialente al área del rectángulo

delimitado por I@ y I5% o sea

i suponemos el sistema estudiado como uno de

 propiedades ideales en el cual no exista fricción% l$ase

que no se producen p$rdidas asociadas a dic!o

fenómeno% podemos entonces detallar la tres

situaciones posibles que pueden darse

U - L U i y por tanto H5 M H1.

U -  U i y por tanto H5  H1 que es el caso

de ciclos periódicos.

U - M U i y por tanto H5 L H1.

i estudiamos el caso !ipot$tico bajo el prisma de las

energías cin$ticas planteando un balance para lasmismas% obtenemos un análisis igualmente álido en

el cual podemos apreciar

&ara I I1 la elocidad del olante

será H1 y la ecuación de su energía cin$tica

&ara I I9 la elocidad del olante

será H9 y la ecuación de su energía cin$tica

En consecuencia% el cabio de energía

cin$tica es

Es necesario a!ora que se !a explicado este ejemplo

sencillo poner de manifiesto que la mayoría de las

funciones de Nmomento de torsión (par motor) despla"amientoN que nos encontramos en la ida real

y por tanto en las aplicaciones ingenieriles% son de

una dificultad extrema y por tanto deben ser

integradas por m$todos num$ricos aproximados. 2nejemplo de ello podría ser la siguiente gráfica

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<bserese que fruto de la integral aproximada de

dic!a cura para un ciclo completo obtenemos como

resultado un momento de torsión medio T m disponible para impulsar una carga.

Existen diersos algoritmos de integración que

 podemos utili"ar para calcular dic!as aproximacione%entre las más típicas se encuentra la regla de

impson que destaca por su sencille" (implementadaen muc!as calculadoras programables) y la regla

trape"oidal.

&ara el cálculo de olantes de inercia se suelen

utili"ar dos parámetros auxiliares de gran releancia%

la elocidad angular nominal H y el coeficiente defluctuación de la elocidad C  s que se definen

4l definir este :ltimo parámetro diidimos

entre H para obtener una relación adimensional que

depende más de las propiedades del sistema que de la

elocidad misma.

0on estos nueos parámetros podríamos reescribir el

 balance que reali"amos para la energía cin$tica dado

que

y

se tiene que resulta

Ecuación que se usa generalmente para determinar

cual debe ser la inercia apropiada para el olante.

Esto se debe a que tanto la energía que nos !ará falta

como las reoluciones a las cuales girará el rotor son

datos conocidos y por tanto lo que debemosdeterminar es el compromiso entre el coeficiente de

fluctuación de elocidad y la inercia de modo que no

se sufran grandes fluctuacíones ni por el contrario sea

muy costoso llegar al r$gimen de trabajo (lo queimpondría una gran inercia). En la práctica se impone

un alor límite a C  s y de a!í se deduce .

CA&C&$ DE& C'&$ DE %AA5$ DE 6

M$$% 

7. explique la composición y funcionamiento de los

mecanismos de distribución de gases. Dibuje los

diferentes esquemas constructios para estos

mecanismos

8unción de los mecanismos de distribución

El mecanismo de distribución% se encarga de los

instantes precisos% mediante la acción de los

diferentes órganos que lo constituyen% de suministrar

a los cilindros la me"cla airecombustible el la

 proporción adecuada a su relación olum$trica%conertir en estanca a la cámara de combustión

durante las fases de compresión y explosión% permitir

la eacuación de gases de escape una e" quemados ycomandar perfectamente sincroni"ados los

mecanismos que constituyen el equipo de encendidoo inyección% seg:n los casos.

Diferentes tipos de distribución

Distribuciones ($9-): e denominan así a todos los

sistemas de distribución que accionan las álulasmediante la acción de botadores% arillas de gran

longitud y balancines. iendo la posición del árbol de

leas muy baja. 4 este tipo de distribuciones

 pertenecen tambi$n las de culata en # o con álulas

laterales.

Distribuciones (9-): e clasifican así a aquellas

distribuciones accionadas de igual forma que la del

tipo <OC% pero con las arillas bastante mas cortas y% por consiguiente% con un árbol de leas ubicado mas

cerca de la culata.

Distribuciones ($9C): on todas las distribuciones

que poseen el árbol de leas empla"ado en la cabe"a

del cilindro% cualquiera sea el tipo de mando de

accionamiento encargado de moer el árbol de leasy exista o no contacto directo entre el contorno del

 perfil de la lea y la cola del ástago de la álula

que accione.

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. explique el proceso de llenado (admisión) en los

motores atmosf$ricos. Explique las posibilidades

constructias para estos mecanismos.

&ara la alimentación de motor de pistones% se utili"a

la presión atmosf$rica. Es decir% a medida que el

 pistón se despla"a en carrera de admisión% la presión

atmosf$rica empuja el aire me"clado con gasolina!acia el interior del cilindro para llenar el espacio

generado. #a elocidad que alcan"a el gas para llenar

el cilindro depende absolutamente de la presión

atmosf$rica. i la presión atmosf$rica es mayor% la

fuer"a con que será empujado el gas !acia el interior

del cilindro tambi$n será mayor.

0uando la presión atmosf$rica es mayor  entonces el

n:mero de mol$culas de oxígeno contenidas% por

ejemplo en un litro% tambi$n es mayor. #a mayor

concentración de oxígeno por unidad de olumen

 permite quemar más combustible a la e"% por lo cualel motor aumenta su rendimiento olum$trico%

genera más fuer"a motri" y desarrolla mayor

 potencia.

Sobrealimentación de Motor

El motor de pistones tambi$n funciona con presionessuperiores a la atmosf$rica. &ara lograr

mayor  rendimiento olum$trico la alimentación de

motor se puede reali"ar con un turbocargador. Este

equipo empuja el aire de alimentación con una fuer"a

superior a la presión atmosf$rica. 0omo consecuencia

se obtiene un motor capa" de quemar más gasolina%desarrollar más potencia y alcan"ar mayor n:mero de

reoluciones.

0omo su nombre lo indica% se basa en la instalación

de un turbocompresor en el m:ltiple de escape del

e!ículo% equipamiento parecido a un doble caracol%

dotado de !$lices en su interior% una en cada caracol%

donde una es accionada por la salida de los gases deescape% generando un moimiento en la otra !$lice% la

cual genera un flujo de aire comprimido al interior

del motor. 4 partir de ese momento% el motorcomien"a a recibir la me"cla necesaria para su

funcionamiento en forma presuri"ada% y no masaspirada. e obtiene así un mejor llenado de los

cilindros% lo que proporciona una explosión mas

fuerte% y por ende% mas potencia. #as principales

entajas de esta preparación% es que el motor presera

las características originales (árbol de leas%

carburador% tapa de cilindros% etc.)% como si tambi$n%un uso mas suae que el m$todo aspirado. El

incremento de potencia se encuentra

aproximadamente entre un 3- y 1--= (dependiendo

de la preparación).

;. explique la importancia de la sobrealimentación en

los motores alternatios. Explique% basándose en

esquemas% el principio de operación de los

turbocompresores y los sobrealimentadores.

El turbocompresor

/iene la particularidad de aproec!ar la fuer"a con la

que salen los gases de escape para impulsar una

turbina colocada en la salida del colector de escape%dic!a turbina se une mediante un eje a un compresor.

El compresor esta colocado en la entrada del colector

de admisión% con el moimiento giratorio que le

transmite la turbina a tra$s del eje com:n% el

compresor elea la presión del aire que entra a tra$s

del filtro y consigue que mejore la alimentación delmotor. El turbo impulsado por los gases de escape

alcan"a elocidades por encima de las 1--.--- rpm%

 por tanto% !ay que tener muy en cuenta el sistema deengrase de los cojinetes donde apoya el eje com:n de

los rodetes de la turbina y el compresor. /ambi$n !ayque saber que las temperaturas a las que se a !a estar 

sometido el turbo en su contacto con los gases de

escape an a ser muy eleadas (alrededor de P3- Q0).

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Ciclos de funcionamiento del urbo

Runcionamiento a ralentí y carga parcial inferior En

estas condiciones el rodete de la turbina de los gases

de escape es impulsada por medio de la baja energíade los gases de escape% y el aire fresco aspirado porlos cilindros no será precomprimido por la turbina del

compresor% simple aspiración del motor.

Runcionamiento a carga parcial media 0uando la

 presión en el colector de aspiración (entre el turbo y

los cilindros) se acerca la atmosf$rica% se impulsa la

rueda de la turbina a un r$gimen de reoluciones maseleado y el aire fresco aspirado por el rodete del

compresor es precomprimido y conducido !acia los

cilindros bajo presión atmosf$rica o ligeramente

superior% actuando ya el turbo en su función de

sobrealimentación del motor.

Runcionamiento a carga parcial superior y plenacarga En esta fase continua aumentando la energía de

los gases de escape sobre la turbina del turbo y se

alcan"ara el alor máximo de presión en el colector

de admisión que debe ser limitada por un sistema de

control (álula de descarga). En esta fase el aire

fresco aspirado por el rodete del compresor escomprimido a la máxima presión que no debe

sobrepasar los -%; bar en los turbos normales y 1%9 en

los turbos de geometría ariable.

Constitución de un turbocompresor

#os elementos principales que forman un turbo son

el eje com:n (@) que tiene en sus extremos los rodetes

de la turbina (9) y el compresor (1)este conjunto gira

sobre los cojinetes de apoyo% los cuales !an de trabajar 

en condiciones extremas y que dependennecesariamente de un circuito de engrase que los

lubrica

&or otra parte el turbo sufre una constante aceleracióna medida que el motor sube de reoluciones y como

no !ay limite alguno en el giro de la turbina empujada

 por los gases de escape% la presión que alcan"a el aireen el colector de admisión sometido a la acción del

compresor puede ser tal que sea mas un inconeniente

que una entaja a la !ora de sobrealimentar el motor.

&or lo tanto se !ace necesario el uso de un elemento

que nos limite la presión en el colector de admisión.

Este elemento se llama álula de descarga o álulaSaste gate (5).

%egulación de la presión turbo

&ara eitar el aumento excesio de ueltas de la

turbina y compresor como consecuencia de unamayor presión de los gases a medida que se aumenten

las reoluciones del motor% se !ace necesaria unaálula de seguridad (tambi$n llamada álula de

descarga o álula Saste gate). Esta álula está

situada en deriación% y manda parte de los gases de

escape directamente a la salida del escape sin pasar

 por la turbina.

'ntercooler

&ara eitar el problema del aire calentado al pasar por 

el rodete compresor del turbo% se !an tenido que

incorporar sistemas de enfriamiento del aire a partir

de intercambiadores de calor (intercooler). El

intercooler es un radiador que es enfriado por el aireque incide sobre el coc!e en su marc!a normal. &or lo

tanto se trata de un intercambiador de calor aireBaire a

diferencia del sistema de refrigeración del motor que

se trataría de un intercambiador aguaBaire.

0on el intercooler (se consigue refrigerar el aire

aproximadamente un 5-= desde 1--T1-3T !asta8-T 83T). El resultado es una notable mejora de la

 potencia y del par motor gracias al aumento de la

masa de aire (aproximadamente del 93= al @-=).

4demás se reduce el consumo y la contaminación.

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<=. dedu"ca la expresión para la cantidad de aire

teóricamente necesario para la combustión de 1 Fg de

combustible (resoler num$ricamente para isooctano%

 propano% metano y alco!ol).

'sooctano

# C9<> #?$# /// <4C$# ><9#=

Propano

C29>?=#/////2C$#>39#=

Alco1ol (etanol)

#C#9?$9>4$#////////3C$#>49#$

019

<18

O1 J15

<<.Explique la importancia de la función de Siebe7

escriba el algoritmo de calculo.

Modelo de combustión

#a fracción de masa quemada ( xb = mb/m) puede ser

determinada desde el análisis de la presión en el

cilindro. 4 partir de ensayos experimentales la gráfica

de xb en función delángulo del cig*e+al resulta ser muy bien ajustada por

una cura en forma de US V. la forma funcional dada

 por la ecuación de ?iebe fue empleada paracaracteri"ar xb.

donde a y m son parámetros seleccionados alcomparar con la cura de presión experimental.

#os alores que permiten un buen ajuste dependen de

funciones complejas que tienen en

cuenta tanto la turbulencia% como las características

de la reacción química% el combustibleempleado% la relación de equialencia aire Bcombustible% la geometría de la cámara% etc.

1@ Explicar la manera como se registran las

características de elocidad del motor% externa y

 parciales. Explicar la importancia del coeficiente de

adaptabilidad.

e denominan características de velocidad del motor 

a las gráficas que relacionan los principales

indicatios efectios como la potencia  N e% el

momento torsor  M e% el consumo por !ora de

combustible Gc el consumo específico de combustible

 g e% en función de la elocidad angular del cig*e+al ωe

(n)% para una posición constante del elemento de

control de la aceleración y un r$gimen t$rmico

estabili"ado. #a característica externa de elocidad

usualmente !ace parte de la fic!a t$cnica del motor yse utili"a para la selección del motor de tracción en

e!ículos y maquinaria pesada. obre estas

características se superponen las características delsistema que demanda la potencia del motor y se

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determinan los puntos de equilibrio del sistema

acoplado para diferentes regímenes de carga.

#a característica que se obtiene para el máximo

despla"amiento del órgano de aceleración sedenomina característica externa de elocidad (ella

 permite conocer las máximas capacidades del motor%

el máximo momento% la máxima potencia% el mínimoconsumo específico)% las obtenidas para

despla"amientos inferiores del órgano de aceleraciónse denominan características parciales de elocidad.

adaptabilidad7 un motor a gasolina puede tener una

característica similar a la de un Diesel W plana% con

 poca o nula adaptabilidad. optimi"ar las

características termodinámicas el sistema ofrececuatro combinaciones de ascenso de las álulas y

ajuste del arbol de leas @ mm de ascenso de la

álula de admisión y retraso del tiempo alular7 @

mm de ascenso de la álula de admisión y aance

temprano del tiempo alular (1-° X0 4&')7 1-

mm de ascenso de la álula de admisión y retrasodel tiempo alular7 1- mm de ascenso de la álula

de admisión y aance temprano del tiempo alular 

(1-°  X0 4&'). El modo de plena carga se !a

ajustado para eleado momento torsor y máxima

 potencia% utili"ando el ascenso mayor (1- mm) y el

mayor aance (1-° X0 4&'). El ascenso menor (@

mm) es conmutado a carga parcial% el rango deoperación de mayor releancia en t$rminos de

emisiones. 4 momentos torsores inferiores a 3- Jm

y elocidades menores que @P-- rpm% el motor es

operado con ascenso corto y tiempo retrasado. Entre

19-- y @P-- rpm% la conmutación del ascenso de laálula es función del cambio% considerando carga

 parcial !asta 1,- Jm.

15 . Explicar la importancia de las características de

carga de los '. 0. .

e denominan características de carga del motor a

las gráficas que relacionan el consumo por !ora% Gc

de combustible y el consumo específico efectio%  g e

en función del parámetro de carga (que puede ser la

 potencia efectia del motor% el momento torsor% o la

 presión media efectia) manteniendo constantes la

elocidad angular del cig*e+al ωe  (n). #as gráficas

 pueden incluir los rendimientos efectio e indicado7

 para los motores con sobrealimentación lacaracterística puede incluir el consumo de aire% el

rendimiento de la turbina

y del turbocompresor% la frecuencia de rotación del

rotor% los parámetros del gas a la entrada y la salida

de la turbina% los parámetros del aire a la entrada y la

salida del compresor% etc.

&ara la característica de carga de los motores a

gasolina la ariable de control es la cantidad de

me"cla7 la característica tambi$n es conocida como

de estrangulación% porque se toma para diferentes

grados de estrangulación o diferentes posiciones de la

mariposa de gases (aunque la perspectia de

desarrollo de los motores contempla en un futuro la

admisión no estrangulada del aire). En los motores

Diesel y posiblemente en los motores a gasolina

futuros% la ariable que se controla es la cantidad de

combustible% de manera que al aumentarse la carga%

se aan"a% en respuesta% el sistema dosificador decombustible% para conserar las reoluciones.

13 Dibuje y explique la característica combinada paraun motor alternatio.

#as características combinadas representan gráficas

en las que en los dos ejes de coordenadas se

relacionan dos indicatios principales de trabajo del

motor y un tercer indicatio% utili"ado en calidad de parámetro% permanece constante para cada una de las

curas tra"adas del parámetro en estudio. Estas

características se denominan tambi$n uniersales o

multiparam$tricas. #as características combinadas

más difundidas son las construidas en coordenadas pe% n. En calidad de parámetros que caractericen lascuras% generalmente se toman la potencia efectia y

el consumo especifico de combustible. #a forma de

esta característica depende de la destinación del

motor.

18 Explique la importancia de las características deregulación y de toxicidad de los motores alternatios(dibuje las formas aproximadas de estas

características).

e denominan características de regulación del 

motor a las gráficas que relacionan la potencia y laeconomía del motor% en función del coeficiente de

exceso de aire (composición de la me"cla)% el ángulo

de aance de la inyección o del encendido% la

cantidad de gases de escape recirculados (posición de

la álula de recirculación de los gases de escape)% la

temperatura del agua o el aceite% y otros factoressusceptibles de regulación en el motor. Estas

características siren para descubrir las condicionesóptimas de trabajo del motor en función de los

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 parámetros anotados y para alorar la perfección de

las regulaciones.

#as características de regulación generalmente

anteceden a las características principales del motor.

#as más frecuentes son las de regulación seg:n el

consumo de combustible (o la composición de la

me"cla) y seg:n el ángulo de aance de la inyección

o del encendido% para reoluciones constantes del

cig*e+al.

1, Explique las funciones de la olante en un motor alternatio.

2na de las partes constitutias de un coc!e y que es

desconocido por muc!os% pese a su ital importancia%

es el -olante Motor% encargado de acumular inercia

y regulari@ar el mo+imiento del motor en todo su

funcionamiento.

Yásicamente consiste en una rueda bastante pesada%generalmente de fundición o acero% que es colocada

en el extremo del cigeBal m0s próximo a la ca"a de

cambios% montada utili"ando tornillos autofrenables

que son descentrados para eitar errores en su

colocación.

El olante cuenta con el  Entrante% la parte más

importante del conjunto% que funciona como unaespecie de soporte para el embrague% lo que supone

como una especie de control de la caja de cambios%

!aci$ndo que $sta funcione o no de acuerdo al

accionamiento del mismo.

El olante posee una llanta% donde se suelen grabar 

referencias que son erificadas por el mecánico en elmomento del regla"e de la distribución  y en el

encendido.

En toda su perfieria% para poder engranar el pi+ón del

motor elctrico de arranue  (tambi$n conocido

como UautomáticoV) esta pie"a llea un aro

completamente dentado.