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  • 16/03/2011

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    Motores de Combustin Interna

    MEC299

    Ingeniera Mecnica

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    Programa

    Ingeniera Mecnica

    1.1.1.- Resea histrica

    1.1.2.- Clasificacin y campos de aplicacin

    1.1.3.- Esquema bsico y nomenclatura del motor

    1.1.4.- Ciclos de funcionamiento de 2 y 4 tiempos

    Capitulo 1.1 : Introduccin

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    Ingeniera Mecnica

    Que es un MCI?

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    1.1 Introduccin (1)

    1.1.1.- Resea Histrica

    Los orgenes de los motores de combustin interna son muy remotos. Especialmente si se

    consideran los inicios o precedentes de algunos componentes de los motores, imprescindibles

    para su funcionamiento como tales.

    Considerados como mquinas completas y funcionales, y productoras de energa mecnica,

    hay algunos ejemplos de motores antes del siglo XIX. A partir de la produccin comercial de

    petrleo a mediados del siglo XIX (1850) las mejoras e innovaciones fueron muy importantes.

    A finales de ese siglo (XIX) haba una multitud de variedades de motores usados en todo tipo

    de aplicaciones.

    En la actualidad los motores de combustin interna, a pesar de los problemas asociados

    (crisis energticas, dependencia del petrleo, contaminacin del aire, aumento de los niveles

    de CO2,...) son todava imprescindibles y se fabrican segn diseos muy diferentes y una

    gama muy amplia de potencias que va desde pocos vatios hasta miles de kW.

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    1.1 Introduccin (1)

    1.1.1.- Resea Histrica

    Precedentes (1).-Prehistoria. El pistn fogn se usaba en el Sureste de Asia y en las islas del Pacfico para

    encender el fuego, aprovechando la compresin adiabtica del aire en un cilindro de madera

    y un pistn.

    Siglo III dC: Sistema biela-manivela empleado en el molino de agua de una serrera. Este mecanismo es bsico en muchos motores.

    S. XIII: los cohetes de plvora negra (motores cohete, de combustin interna) fueron usados por los chinos, mongoles y rabes.

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    1.1 Introduccin (2)

    1.1.1.-Resea Histrica

    Precedentes (2).-1509: Leonardo da Vinci describe un motor "atmosfrico". 1680: El inventor Christian Huygens haga experimentos con un motor de plvora negra.1772: Antoine Laurent Lavoisier determina la composicin del aire atmosfrico, explicando que era una mezcla de oxgeno y de nitrgeno ("zoe" en francs). La mayora

    de motores de combustin funcionan con aire atmosfrico y, por tanto, conocer su

    composicin es fundamental.

    1780: Alessandro Volta inventa una pistola de juguete que dispara un tapn de corcho por la explosin de una mezcla de aire y hidrgeno inflamada por una chispa elctrica.

    1790: Antoni de Mart i Franqus present una memoria de sus experimentos sobre la composicin del aire, mejorando la precisin de Lavoisier.

    1791: John Barber propone una turbina en su solicitud de la British patente # 1833 ("A Method for Rising Inflammable Air for the Purposes of Producing Motion and Facilitating

    Metallurgical Operations").

    1798: El sultn Tippu, gobernante de Mysore (India) hace el primer uso documentado de cohetes de hierro contra soldados britnicos.

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    1.1 Introduccin (3)

    1.1.1.- Resea Histrica

    Primeros motores construidos (1).-

    1807: Nicphore Nipce instala un motor Pyrolophore en una barca y navega por el ro Saona. El motor iba con una mezcla de musgo, carbn en polvo y resina. Obtiene la patente el

    28 de julio de 1807 por parte del emperador Napoleon Bonaparte.

    1807: El ingeniero suizo Franois Isaac de Rivaz construye un motor de combustin interna propulsado por una mezcla de oxgeno y hidrgeno, con ignicin por chispa elctrica.

    1823: Samuel Brown patenta el primer motor de combustin interna aplicado en la industria. Era "atmosfrico" (sin compresin) y se basaba en el "ciclo de Leonardo"-segn

    Hardenberg-, con una tecnologa ya anticuada en aquella poca.

    1824: El fsico francs Sadi Carnot public la teora termodinmica de los motores trmicos. Con la justificacin terica de la necesidad de una compresin de los gases para aumentar la

    diferencia entre las temperaturas de trabajo superior e inferior. Y el incremento del

    rendimiento asociado.

    1826: El americano Samuel Morey obtiene una patente para un motor de gasolina o vapor sin compresin.

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    1.1 Introduccin (4)

    1.1.1.- Resea Histrica

    Primeros motores construidos (2).-

    1832: El francs Hyppolyte Pixii construye una dnamo con un imn permanente (que de hecho era una " magneto "). La magneto y sistemas derivados ("platos magnticos") se usaran despus en motores de aviacin, automviles de competicin y motocicletas.

    1838: El ingls William Barnet obtiene una patente para un motor con compresin. Primera referencia documentada de una compresin en el interior del cilindro de un motor.

    1854-1857: Los italianos Eugenio Barsanti y Felipe Matteucci inventan un motor de 4 cilindros en lnea. La patente parece perdida.

    1856: El italiano Pietro Benini construye un prototipo de motor con una potencia de 5 CV. En los aos siguientes fabrica motores de uno o dos cilindros ms potentes usados en

    aplicaciones estticas en sustitucin de mquinas de vapor.

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    1.1 Introduccin (5)

    1.1.1.- Resea Histrica

    Innovaciones a partir de 1860 (1).-1860: El belga Jean Joseph Etienne Lenoir fabrica un motor de combustin interna similar a un motor de vapor de doble

    efecto con cilindro horizontal. Con cilindros, pistones, bielas y

    volante. Fue el primer motor que fue construido en

    cantidades importantes. Su motor tenia 5% de eficiencia

    mecnica.

    1860: Philander y Francis Roots patentar un compresor volumtrico, que pronto fue aplicado a la sobrealimentacin

    de motores.

    1861: Primera patente confirmada de un motor de 4 tiempos, a cargo de Alphonse Beau de Rochas. Un ao antes parece que Christian Reithmann haba hecho un motor

    similar pero no se puede confirmar a falta de una patente

    concreta.

    1862: El alemn Nikolaus Otto empieza a fabricar un motor de gas. Se trataba del motor sin compresin de Lenoir con un

    pistn libre. 9

    1.1 Introduccin (6)

    1.1.1.- Resea Histrica

    Innovaciones a partir de 1860 (2).-

    1863: Nikolaus Otto, patenta en Inglaterra y otros pases el primer motor de gas con ciclo de 4 tiempos (a compresin)

    diseado en colaboracin con Eugene Langen y lo empieza a fabricar en 1864.

    1864:Nikolaus Otto fue el primero en fabricar y vender un motor de gas. Se trataba del motor sin compresin con un

    pistn libre con un buen rendimiento en su poca. En la

    exposicin Universal de Pars de 1867, el jurado le da el

    primer premio, dado que tiene unas prestaciones mucho

    ms altas comparndolo con el de Lenoir que no es de compresin. Funcionaba con un mecanismo de pin

    cremallera como se puede apreciar en la figura. Tuvo un

    gran xito en el mercado de pequeos motores

    estacionarios.

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    1.1 Introduccin (7)

    1.1.1.- Resea Histrica

    Innovaciones a partir de 1860 (3).-

    1876: Nikolaus Otto, en colaboracin con Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach, perfeccion el motor con ciclo de 4 tiempos. Los tribunales alemanes no le concedieron la exclusiva de

    motores con compresin ni del ciclo de 4 tiempos. A partir de

    esta decisin la compresin en los motores se generaliz.

    1879: Karl Benz patent un motor de 2 tiempos basado en la tecnologa del motor de 4 tiempos de Beau de Rochas.

    Posteriormente dise y construy un motor de 4 tiempos

    segn ideas propias. Motor que mont en sus automviles.

    Desarrollado en el 1885 fue patentado en 1886. Fueron los

    primeros automviles fabricados.

    1882: James Atkinson patent el motor con ciclo Atkinson, que ofreca una fase de potencia por cada revolucin con volmenes

    diferentes de aspiracin y expansin.

    1885: Gottlieb Daimler patent un compresor volumtrico. 11

    1.1 Introduccin (8)

    1.1.1.- Resea Histrica

    Innovaciones a partir de 1860 (4).-

    1891: Herbert Akroyd Stuart, inventor y fabricante de motores semi-diesel (motores de bulbo caliente, con ignicin por compresin) que

    empleaban un sistema de inyeccin de combustible a presin1892: Rudolf Diesel, patento su primer motor de combustin interna.1896: Karl Benz. Motor "boxer".

    1896: Lanchester "boxer.1897: Lo que sera ganador de un premio Nobel, el sueco Nils GustafDaln propuso una turbina de gas.

    1900: Rudolf Diesel expuso su motor en la Exposicin Universal. El aceite de cacahuete era el combustible.

    Un motor diesel

    construido por MAN

    (1906)

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    1.1 Introduccin (9)

    1.1.1.- Resea Histrica

    Innovaciones a partir de 1860 (5).-1900: Wilhelm Maybach dise un motor segn especificaciones de Emil Jellinek, para ser fabricado

    en la fbrica de Daimler Motoren Gessellschaft . El motor se llam Daimler-Mercedes por el nombre de la hija del seor Jellinek. Automviles con este

    motor fueron construidos desde 1902.

    1901: George Herbert Skinner. Carburador SU . 1905: Alfred Buchi patent el turbo-compresor y en fabric algunos.

    1905: Cameron Waterman patenta un motor de fuera de borda de 4 tiempos. En 1907 fabric unos 24. Los cinco aos siguientes vendi miles de

    unidades.

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    1.1 Introduccin (10)

    1.1.1.- Resea Histrica

    Innovaciones a partir de 1860 (6).-1908: Hans Holzwarth investiga de forma prctica en una turbina basada en el ciclo Otto. La combustin se produca a volumen constante y, a igualdad de materiales, deba tener ms

    rendimiento