Motores y medio ambiente

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Benemérita Universidad Autónoma de Puebla DHTIC MOTORES Y MEDIO AMBIENTE MENDOZA RODRÍGUEZ ESDRAS 201319255 Motores y medio ambiente. Esdras Mendoza R. | 1

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Ensayo sobre motores y su impacto en el medio ambiente, acciones para no contaminar con nuestro automovil

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Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

DHTIC

MOTORES Y MEDIO AMBIENTE

MENDOZA RODRÍGUEZ ESDRAS

201319255

OTOÑO 2013

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Motores y medio ambiente

Introducción:

Desde que el hombre logró el funcionamiento del motor de combustión interna que representó un

gran adelanto tecnológico que dio lugar a diversas transformaciones tanto industriales como

económicas, hasta el perfeccionamiento de sus componentes y procesos con los que el ser

humano ha obtenido diversas opciones de motorización; éste, también ha visto como el entorno

que le rodea se ha visto alterado y en ocasiones amenazado y destruido por las acciones mismas

que buscan mejorar la eficacia en desplazamiento y comodidad.

Las generaciones pasadas no se caracterizaron por tener una conciencia ecológica marcada y

traducida en acciones concretas, explotaron los recursos desmedidamente y ahora nosotros en el

presente padecemos las consecuencias; sin embargo, esta generación ha tomado conciencia de

la situación y ha unido fuerzas para rescatar su hogar, nuestro hogar: “La Tierra.”

Desarrollo:

Para comenzar daremos a conocer brevemente conceptos fundamentales sobre un motor, sus

procesos internos, y componentes.

Un motor en su definición más sencilla es una maquina que tiene por objeto, transformar la

energía química producida por un material combustible en energía mecánica o trabajo útil, en este

caso para desplazar un vehículo.

Dentro de un motor se llevan a cabo procesos específicos para lograr la transformación de esta

energía química, a este conjunto de procesos se les llama “ciclos operativos” y en los motores se

conocen tres tipos de ciclos operativos: ciclo operativo de 2,4y 6 tiempos.

El ciclo operativo es la sucesión de operaciones que el fluido activo ejecuta en el cilindro del motor

con ley periódica. Su duración es medida por el número de carreras efectuadas por el pistón para

realizarlo.

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El ciclo operativo de 2 tiempos los cuales son:

1° Combustión y Escape,

2° Aspiración y Compresión.

El ciclo operativo de 4 tiempos los cuales son: 1° Admisión de la carga o combustible en el

cilindro, 2° Compresión de la carga, 3° Combustión y expansión, 4° Expulsión o escape de los

productos de la combustión.

En los motores de encendido por chispa,

que generalmente utilizan gasolina, el

combustible y el aire son introducidos al

mismo tiempo dentro de la cámara de

combustión, a la que se hallan

conectados electrodos que son los

encargados de producir una chispa con la

que se inicie el proceso de combustión.

Mientras que en los motores de

encendido por compresión. Mientras que en los motores de encendido por compresión, el aire es

introducido a la cámara de combustión mediante la válvula de aspiración y en segundo lugar es

introducido el combustible (en estos motores normalmente es diesel) mediante un inyector

especial.

Termodinámica (definiciones) | 3

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Energía: en Física entendemos por energía la capacidad para realizar un

trabajo. Podemos observar dos tipos principales de energía:

Energía potencial que es aquella contenida en un cuerpo en reposo

identificada como la capacidad para desplazarse o realizar un trabajo.

Energía cinética que es aquella contenida en un objeto en movimiento o

que está realizando un trabajo, también se le llama energía mecánica.

Trabajo: el trabajo es energía mecánica de transición o de movimiento.

Calor: el calor es la energía térmica de transición a través de las superficies de dos objetos

cercanos entre sí.

Combustibles

Según el libro “Motores endotérmicos de Dante Giacosa”, los combustibles para los motores

pueden clasificarse en sólidos, gaseosos y líquidos.

“Los combustibles sólidos no tienen aplicación práctica porque las tentativas hechas para

introducirlos pulverizados en los motores han puesto en evidencia graves inconvenientes

funcionales tales como la corrosión y desgaste de los cilindros y el agotamiento de las válvulas a

causa de las cenizas que no pueden ser totalmente eliminadas.

Los combustibles gaseosos pueden ser naturales o bien obtenidos de la gasificación de los

combustibles sólidos. Todos ellos tienen bajo poder calorífico. Presentan el inconveniente de

requerir de fuertes depósitos para contenerlos, así como de gasógenos para producirlos.

Los combustibles líquidos son la fuente de energía principal para los motores endotérmicos. Entre

los más empleados se llevan la palma los derivados del petróleo como la gasolina, el diesel, el

gasoil, el benzol, el keroseno y los alcoholes.” *

* Dante Giacosa. Luis Montalbetti trad. Motore endotermici. Barcelona,

Científico,2000,.Combustibles.p.85.

En ocasiones es difícil la producción de algunos combustibles líquidos y por ello se recurre al

carbón mineral para su producción, siendo esta la segunda opción después del petróleo para la

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producción de energía aunque su utilización produce gran cantidad de emisiones contaminantes

que es lo que debe preocuparnos pues en un intento por generar energía para nuestro

aprovechamiento diario, estamos poniendo en riesgo la sustentabilidad del medio ambiente, cuyas

consecuencias pueden ser peores que quedarnos sin el recurso mineral.

De la conciencia que el ser humano adopte en puntos tan esenciales como este, dependerá el

futuro y la calidad de vida de las próximas generaciones y de no haberla, el ser humano podría

verse inclusive amenazado.

Carburación

De este proceso se encarga el carburador que tiene la función primordial de mezclar en las

cantidades apropiadas el combustible y el aire de manera que estas cantidades satisfagan las

especificaciones para el buen funcionamiento del motor.

Cuando el pistón se halla en la

parte inferior del cilindro, la presión

disminuye, aspirando aire desde el

purificador y fluye hacia el cilindro.

Cuando este aire pasa a través del

estrechamiento del carburador

(venturi), la velocidad se eleva, y

por el efecto Venturi aspira la

gasolina desde la tobera principal.

Esta gasolina aspirada es soplada y

esparcida por el flujo de aire y es mezclada con el aire.

Distribución

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Se llama distribución al conjunto de piezas

que regulan la entrada y salida de los gases

en el cilindro. Los elementos que forman el

sistema de distribución son:

Engranaje de mando

Árbol de levas, taqués y válvulas.

Encendido

Un sistema de encendido consta principalmente de la batería, cables de baja tensión, la bobina de

encendido, el distribuidor, bobina, cable de alta tensión, cables de las bujías y bujías.

El sistema de encendido provee chispas de alta intensidad a las bujías para encender las cargas

de combustible en las cámaras de

combustión. Las chispas deben ser

suministradas a un tiempo apropiado, y

deben tener suficiente energía, sobre un

rango de condiciones para encender las

cargas.

La energía viene de la batería y alternador,

y el voltaje es aumentado por la bobina de

encendido.

El sistema primario o de baja tensión inicia la chispa, el circuito secundario o de alta tensión

produce el alto voltaje y lo distribuye a las bujías.

Hay tres tipos generales de sistemas de encendido:

Encendido del ruptor usa puntos de contacto del ruptor en el distribuido para inicia la chispa.

Encendido electrónico no necesita platino. Cuando una señal es recibida, el disparo ocurre a

través de transistores en un modulo de encendido.

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Encendido directo, no tiene distribuidor y usa bobinas para suministrar alto voltaje directo a las

bujías.

Las primeras realizaciones han puesto de manifiesto la conveniencia de obtener el encendido por

medio de una chispa eléctrica en lugar de recurrir a sistemas puramente térmicos, como llama de

gas, rejillas de platino o tubos de porcelana incandescentes, procedimientos complicados y poco

eficientes.

Podemos ver como los sistemas de encendido han sido diversificados de acuerdo con las ventajas

de los materiales y componentes.

Fichas técnicas

Motor de gasolina

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Un motor de gasolina o de

explosión es un tipo de motor de

combustión interna que utiliza la

explosión de un combustible,

provocada mediante una chispa,

para expandir un gas empujando

así un pistón. El combustible se

inyecta pulverizado y mezclado

con el gas (aire u oxigeno) dentro

de un cilindro. Una vez dentro del

cilindro, la mezcla es comprimida

por el pistón que se eleva hasta el

punto muerto superior del cilindro y una vez alcanzada la máxima compresión se produce una

chispa por una bujía que genera la explosión del combustible. Los gases producto de la

combustión empujan el pistón de regreso al punto muerto inferior sucesivamente produciendo un

movimiento lineal en el cilindro. Ya que el pistón se halla conectado a una biela y aun cigüeñal, el

movimiento lineal sucesivo en convertido en movimiento giratorio.

Motor a diesel

Inventado en 1893 por el francés Rudolf Diesel.

El motor diesel es un motor térmico que tiene combustión interno alternativa que se produce por el

auto encendido del combustible debido a altas temperaturas derivadas de la compresión del aire

en el interior del cilindro.

Un motor diesel funciona mediante la ignición (encendido) del combustible al ser inyectado muy

pulverizado y con alta presión en una cámara (o pre cámara) de combustión que contiene aire a

una temperatura superior a la temperatura de auto combustión, sin necesidad de chispa como en

los motores de gasolina (una de

las principales diferencias). Esta

es la llamada auto inflamación.

El combustible es introducido

mediante un inyector especial a

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gran presión atomizado y mezclado con el aire a alta temperatura (entre 700 y 900°C). Como

resultado la mezcla se inflama muy rápidamente.

Si bien la gasolina fue el primer combustible utilizado para los motores, han surgido nuevas

alternativas de combustibles que además de tener mayor eficiencia y menor coste de producción,

son menso contaminantes y permiten un mayor control de las emisiones, con lo que el ambiente

resulta menos perjudicado.

Motor eléctrico

El motor eléctrico es aquel motor que

transforma la energía eléctrica en

energía mecánica, por medio de la

repulsión que presenta un objeto

metálico cargado eléctricamente ante

un imán permanente. Son maquinas

eléctricas rotatorias.

Uno o más motores eléctricos

proporcionan la tracción a las ruedas de

un automóvil.

La utilización del motor eléctrico

obedece a la necesidad de reducir prontamente la contaminación provocada por el constante uso

de la quema de combustibles petróleos y que ha puesto en riesgo la sustentabilidad de la vida en

el planeta.

El motor eléctrico del E-UP de Volkswagen

“El automóvil con sistema de asientos 3+1 equipa un motor eléctrico con una potencia de 60 kW

(potencia constante: 40 kW) y alcanza una velocidad máxima de 135 km/h. El motor frontal del

automóvil de tracción delantera desarrolla un par máximo de 210 newtonmetros desde cero

revoluciones. El conductor activa la marcha hacia adelante y hacia atrás pulsando un botón

giratorio situado en la consola central. El E-Up! proporcionará indudablemente un gran placer de

conducir, prueba de ello es el excelente valor de aceleración de 0 a 100 km/h en tan sólo 11,3

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Caja de interconexión

Cargador

Unidad eléctrica de poder

Motor/Reductor

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segundos. Pero el EUp! es capaz de aumentar aún más su agilidad acelerando en ciudad de 0 a

50 km/h en 3,5 segundos. Esta excelente dinámica se debe, por un lado, al genial par de giro del

motor eléctrico y, por otro lado, al ligero peso total del E-Up! de sólo 1.085 kilos.

Batería de ión-litio: el reducido peso del estudio es aún más sorprendente si se tiene en cuenta

que sólo la batería de ión-litio pesa 240 kilos. Dependiendo del modo de conducción, la capacidad

de la batería de 18 kilovatios/hora (kWh) puede ofrecer una autonomía de hasta 130 kilómetros –

distancia suficiente para desplazarse a la mayoría de los trabajos y circular por la ciudad. El E-Up!

podrá ser “repostado” en el garaje de casa, en el aparcamiento o en uno de los surtidores de

recarga mediante una tarjeta chip. Dependiendo de la infraestructura de surtidores de recarga y

del estado de carga actual, la batería puede recargar en poco más de una hora hasta un 80 % de

su capacidad total.

Si se recarga la batería en casa, por ejemplo, en el enchufe del garaje de 230 voltios, la carga

durará como máximo cinco horas. En general, las baterías se recargarán en su mayoría al término

de la jornada aprovechando así la económica tarifa eléctrica nocturna. Los gastos del E-Up! cada

100 kilómetros son de tan sólo 2 euros (aprox. 14 céntimos / kWh).”

Unidad Editorial. Motor. Coches. E-uP Volkswagen El mundo motor. 2013.Madrid,España

Turbo inyección

Turbo inyección directa es un tipo de motor con cámara de combustión en la cabeza del pistón

dotado de turbo. El concepto de inyección directa se remonta al mismo origen del motor diésel. Su

mayor ventaja es que existe menor pérdida de energía al ser la cámara de combustión más

reducida, lo que minimiza la perdida de calor hacia las paredes del cilindro o hacia las de la

cámara de combustión como sucede en los modelos con precámara. Esto se traduce en un mayor

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y mejor rendimiento (el calor que se pierde es energía perdida), lo que repercute en el consumo, y

en un mejor arranque en frío.

Turbo denomina el sistema de sobrealimentación que monta una turbina en el escape, la cual gira

al incidir sobre ella los gases de escape, y en la admisión un compresor unidos por un eje, el cual

que se encarga de forzar la entrada de aire en los cilindros.

En estos momentos diversas marcas están usando inyectores piezo-eléctricos que son unas 10

veces más rápidos de respuesta que los actuales, lo que hace que dentro de cada ciclo de

explosión se produzcan varias inyecciones de pequeñas cantidades de combustible aumentando

la suavidad de funcionamiento y reduce aun más el consumo. El número de inyecciones por ciclo

con este tipo de inyectores puede alcanzar el número de cinco, aunque la mayoría de los

fabricantes solo realizan tres de momento.

Motor de reacción

Un motor de reacción, es un tipo de motor que descarga un chorro de fluido a gran velocidad para

generar un empuje. El aire es aprovechado para producir una combustión que genera un chorro

de gases para propósitos de propulsión.

Las partes principales de un motor de reacción son:

Entrada o toma de aire.

Compresor o ventilador.

Eje:

Cámara de combustión

Turbina.

Tobera o salida.

Tobera supersónica.

Sin embargo, este tipo de motores son muy ruidosos aunque generalmente son utilizados por

aviones comerciales y de combate. Pero existe un nivel de contaminación acústica.

Turbina

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Es una máquina de fluido, a través de la cual pasa un fluido en forma continua y éste le entrega su

energía a través de un rodete con paletas o álabes.

Es un motor rotativo que convierte en energía mecánica la energía de una corriente de agua,

vapor de agua o gas. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas,

hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en

movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar. Esta energía

mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el movimiento de una máquina, un

compresor, un generador eléctrico o una hélice.

Una turbina consta de una o dos ruedas con paletas, denominadas rotor y estator, siendo la

primera la que, impulsada por el fluido, arrastra el eje en el que se obtiene el movimiento de

rotación.

Turbofán

Es un motor a reacción caracterizado por disponer

de un ventilador o fan en la parte frontal del motor,

el aire entrante se divide en dos caminos: flujo de

aire primario y flujo secundario o flujo derivado. El

flujo primario penetra al núcleo del motor

(compresores y turbinas) y el flujo secundario se

deriva a un conducto anular exterior y concéntrico con el núcleo.

Las partes principales son:

Ventilador, Compresor, Cámara de combustión, Turbina, Escape y Conducto del flujo secundario.

Los turbofanes tienen varias ventajas respecto a los turborreactores: consumen menos

combustible, lo que los hace más económicos, producen menor contaminación y reducen el ruido

ambiental.

Suele interesar mantener índices de derivación altos ya que disminuyen el ruido, la contaminación,

el consumo específico de combustible y aumentan el rendimiento. Asi el ambiente no se ve

perjudicado.

Motor a gas

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Cuando un motor de ciclo Otto va a utilizar gas natural, no precisa ninguna transformación

mecánica sustancial. Tan solo debe equiparse del sistema de almacenamiento, carburación y

avance del encendido, electroválvulas, así como añadirle un convertidor catalítico, si así se desea.

Existe también una tercera posibilidad, consistente en no transformar los motores Diesel a Otto. El

sistema se fundamenta en continuar alimentando el motor con gasóleo, pero interrumpiéndola

durante un cierto tiempo, durante el cual se inyecta gas natural al motor. Este sistema tiene

muchas dificultades en su aplicación práctica y no es utilizado masivamente.

Una de sus principales dificultades está en el almacenaje, ya que estamos hablando de un líquido

altamente inflamable; pero con el paso de los años, la seguridad de este sistema ha alcanzado tal

nivel, que es tan seguro como un motor de gasolina. Es por ello, que se utiliza al GLP como una

opción de apoyo al motor gasolinero, con lo que muchos motores tienen ambos sistemas. Con

esto, los fabricantes recomiendan usar la versión GLP para encender el motor y a bajas

revoluciones para luego cambiar automáticamente a la opción gasolina. A la larga representa un

menor consumo y una mejor conservación del medio ambiente sin mayor pérdida de performance.

Medio ambiente

La energía mecánica necesaria para lograr el funcionamiento de las diversas maquinas se obtiene

utilizando energía térmica, hidráulica, solar y eólica. Sin embargo la mas utilizada ha sido la

energía térmica producida por la combustión de los derivados del petróleo, utilizados en los

equipos de propulsión mas aceptados que son los Motores de Combustion Interna (MCI). La

creciente utilización de estos sistema ha generado un impacto en el ambiente lo que ha originado

una gran cantidad de sustancias toxicas en el aire, los llamados “gases de invernadero” y

contaminación acústica.

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Las discusiones internacionales acerca de las causas e implicaciones para la humanidad del

llamado "efecto invernadero", provocado por las crecientes emisiones a la atmósfera de gases

tales como: CO2, metano, óxido nitroso y los cloro-flurocarbonatos, reflejan la necesidad de un

enfoque integral en el tratamiento de los problemas ambientales y del desarrollo, así como la

necesidad de una acción concertada de la comunidad internacional para mitigar los efectos del

calentamiento global.

Formas de acción del motor de combustión interna sobre el medio ambiente.

Las formas más importantes de acción del motor sobre el medio ambiente son:

Agotamiento de

materias primas no

renovables

consumidas durante

el funcionamiento de

los MCI.

Consumo de oxígeno

que contiene el aire

atmosférico.

Emisión y

contaminación de la

atmósfera con gases tóxicos que perjudican al hombre, la flora y la fauna.

Emisión de sustancias que provocan el llamado efecto invernadero contribuyendo a la

elevación de la temperatura de nuestro planeta.

Consumo de agua potable.

Emisión de altos niveles de ruido a la atmósfera que disminuye el rendimiento de los

trabajadores y ocasiona molestias en sentido general.

Toda la ingeniería aplicada al perfeccionamiento de los procesos y componentes de los motores,

también debe ser utilizada para cuidar al medio ambiente que se ha visto amenazado, en el

esfuerzo por brindarnos eficiencia y comodidad.

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Es por ello que en los últimos años han una serie de acciones con vistas a contribuir al cuidado

del medio ambiente tales como :

Realizar una verificación periódica a nuestro automóvil

instalar tubos de escape y filtros especiales al motor para filtrado de los gases de la

combustión.

El uso de automóviles eléctricos.

Uso de combustibles alternativos menos contamiantes y mas eficientes tales como:

Etanol

Diesel

A lo largo del tiempo se han escrito muchos discursos sobre la necesidad de cuidar nuestro medio

ambiente, pero la verdad es que si no observamos nuestra realidad inmediata como (el retraso de

las lluvias en nuestro estado, las temperaturas cálidas y frías cada vez más extremas; los

huracanes cada vez más destructivos); sin estar esperando las estadísticas futuras, entonces

llegara el momento en el que no podremos hacer nada y todo el progreso logrado con las

transformaciones tecnológicas nos cobrará un precio aun mayor y que no podremos pagar, mismo

que pondrá en riesgo nuestra propia supervivencia.

“No dejemos para mañana lo que podamos hacer hoy”.

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