MECANICA PRIMERA EVALUACION 1.pdf

El motor es el encargado de transformar la energía química del carburante en energía mecánica, aprovechando la fuerza expansiva de los gases inflamados en el interior de un cilindro, que es recogida en el árbol motor, cuyo giro es transmitido a las ruedas que dan impulso al vehículo. FUNCIONAMIENTO...

El motor es el encargado de transformar la energía química del carburante en energía mecánica, aprovechando la fuerza expansiva de los gases inflamados en el interior de un cilindro, que es recogida en el árbol motor, cuyo giro es transmitido a las ruedas que dan impulso al vehículo. FUNCIONAMIENTO MOTOR 4 TIEMPOS Los motores que funcionan en el ciclo de cuatro tiempos, efectúan cuatro carreras durante dicho ciclo, de las cuales, en una solamente se produce trabajo. Las otras tres son imprescindibles para la obtención del trabajo en esta cuarta. El cigüeñal, por tanto, recibe un impulso cada dos vueltas completas, que proporciona al volante de inercia la energía suficiente para arrastrar al cigüeñal durante la vuelta y media siguientes en las que no recibe impulso alguno, sin que su velocidad de rotación disminuya en exceso. A Balancín y válvula de admisión B Cárter superior C Conducto de admisión D Culata E Cámaras de refrigerante F Bloque motor G Cárter inferior H Aceite motor I ärbol de levas J Balancín y válvula de escape K Bujía L Conducto de escape M Cilindro N Pistón O Biela P Cigüeñal CICLOS OPERATIVOS Denominamos ciclo operativo a la sucesión de operaciones que se realizan en el interior del cilindro y se repiten con ley periódica. La duración de este ciclo se mide por el número de carreras del pistón necesarias para realizarlo. Así, se dice que los motores alternativos son de cuatro tiempos, cuando el ciclo completo se realiza en cuatro carreras del pistón; y de dos tiempos, cuando son suficientes dos carreras para completar el ciclo. 1-ADMISION 2-COMPRESION 3-EXPLOSION 4-ESCAPE 1-ADMISION Al comienzo de este tiempo, el pistón se encuentra en el p.m.s. y la válvula de admisión abierta. El descenso del pistón hasta el p.m.i. durante esta fase, crea una depresión en el interior del cilindro que provoca la entrada de una mezcla de aire y combustible dosificada en el carburador. Estos gases van llenando el espacio vacío que deja el pistón al bajar. Cuando ha llegado al p.m.i., se cierra la válvula de admisión, quedando los gases encerrados en el interior del cilindro. Durante este recorrido del pistón, el cigüeñal ha girado media vuelta. Segundo tiempo: Compresión Cuando el pistón llega al p.m.i., se cierra la válvula de admisión y comienza la carrera ascendente. La válvula de escape está cerrada también, haciendo que el cilindro sea estanco en este momento. Los gases encerrados en su interior, van ocupando un espacio cada vez más reducido a medida que el pistón se acerca al p.m.s. Alcanzado este nivel, están encerrados en el espacio formado en la cámara de compresión y, por tanto, se encuentran comprimidos y calientes por efecto de la misma compresión. Al final de la carrera de compresión, los gases quedan sometidos a una presión aproximada de 10 bares y alcanzan una temperatura de alrededor de 280 °C. con la elevación de temperatura se logra una mejor vaporización de la gasolina, con lo que la mezcla se hace más homogénea, resultando más íntimo el contacto con el aire. Durante esta nueva carrera del pistón, el cigüeñal ha girado otra media vuelta. Tercer tiempo: Explosión Finalizada la carrera de compresión, cuando el pistón alcanza el p.m.s.. salta una chispa eléctrica en la bujía que inflama la mezcla encerrada en la cámara de compresión, la cual se quema rápidamente por capas sucesivas desde la bujía. Esta combustión rápida recibe el nombre de explosión y provoca una expansión de los gases ya quemados, que ejercen una fuerte presión sobre el pistón, empujándolo hasta el p.m.i. A medida que se acerca a este nivel, la presión en el interior del cilindro va descendiendo, por ocupar los gases un mayor espacio. En este nuevo tiempo, el pistón ha recibido un fuerte impulso que transmite al cigüeñal, el cual seguirá girando debido a su inercia, hasta recibir un nuevo impulso. Durante esta nueva carrera del pistón, el cigüeñal ha girado otra media vuelta. A esta fase se la llama motriz, por ser la única del ciclo en la que se produce trabajo. Cuarto tiempo: Escape cuando el pistón llega al p.m.i. finalizando el tiempo de explosión, se abre la válvula de escape, y por ella escapan rápidamente al exterior los gases quemados. El pistón sube hasta el p.m.s. en esta nueva carrera, expulsando los restos de gases quemados del interior del cilindro cuando alcanza este nivel, se cierra la válvula de escape y se abre nuevamente la de admisión, con lo que en la siguiente carrera descendente, se realizará nuevamente la admisión, cerrándose de esta forma el ciçlo. Durante el tiempo de escape, el pistón ha realizado una nueva carrera y el cigüeñal ha girado otra media vuelta. Diferencias Como pudimos observar en los gráficos anteriores las diferencias son sustánciales tanto en la forma del diagrama como en los valores de la temperatura y presiones. Perdidas de calor: En el ciclo teórico son nulas pero bastantes sensibles por el contrario en el ciclo real. Como el cilindro esta refrigerado(para asegurar el buen funcionamiento)una parte del calor fluido se transmite a las paredes. Las líneas de compresión y expansión no son por consiguientes adiabáticas, sino politropicas se produce por tanto una perdida de trabajo útil correspondiente a la superficie A Combustión Instantánea: En el ciclo teórico se supone que la combustión se realiza a volumen constante es por lo tanto Instantánea; en el ciclo real por el contrario la combustión dura un cierto tiempo. Si el encendido sucediera justo en el PMS. la combustión ocurriría cuando el pistón se aleja de dicho punto y el valor de la presión seria inferior a lo previsto, con la correspondiente perdida de trabajo útil. Por las razones anteriormente vistas es necesario anticipar el Encendido, de forma que la combustión pueda tener lugar, o que termine cerca del P.M.S. Esto produce un redondeamiento de la curva (línea teórica) de introducción del calor, y por lo tanto una perdida de trabajo útil indicada en el área B por lógica esta perdida es menor que si no adelantásemos el punto de ignición Tiempo de apertura de la Válvula de Escape: En el ciclo teórico también habíamos supuesto que a sustracción de calor ocurría instantáneamente en el PMI. En cambio en el ciclo real dicha sustracción ocurre en un tiempo relativamente largo; la válvula de escape tiene que abrirse con anticipación (para que una parte de los gases salgan del cilindro antes que el pistón alcance el PMI.para que su presión descienda casi a la presión atmosférica antes de la carrera de expulsión esto provoca una perdida de trabajo útil como indica la letra C Perdidas por bombeo: Durante la carrera de aspiración la presión en el cilindro es menor, a la que se tiene en la carrera de escape salvo casos particulares, se crea por lo tanto en el diagrama una superficie negativa (D) que corresponde al trabajo perdido. El esfuerzo realizado por el motor para efectuar la aspiración y el escape se llama trabajo de Bombeo y esta comprendido generalmente en el trabajo perdido por rozamiento. SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN Constituye el sistema de distribución, el conjunto de órganos que posibilitan el llenado de carburante en los cilindros. Como se sabe, el carburante (mezcla aire – combustible en forma de vapor, realizada por el carburador), llega a los cilindros a través de unos conducciones de ancho diámetro, llamadas colectores de admisión, que desembocan en la parte superior de los cilindros o cámara de combustión. Los colectores y las cámaras de combustión están talladas en la parte inferior de la culata, y es también en esta pieza metálica en la que se fijan los principales órganos de la distribución. El paso de la mezcla a las cámaras está regulado por las válvulas, órganos principales de la distribución. Estas válvulas, de material muy resistente al calor, tienen forma de trompetilla, en la que en su parte mas ancha es la que ajusta perfectamente en la culata, permitiendo un cierre absolutamente estanco. En esta posición de cierre se mantienen en la mayor parte del funcionamiento de los cuatro tiempos de cada cilindro. Dado que el ciclo completo de funcionamiento de un cilindro es de dos vueltas (360º + 360º ), una válvula permanece abierta únicamente unos 190º, manteniéndose el resto del tiempo en reposo, firmemente asentada por medio de los muelles dispuestos para tal fin. La apertura y cierre de las válvulas la determina el árbol de levas. Se trata de un eje, movido solidariamente con el eje cigüeñal por medio de una cadena o correa de caucho, en el que se intercalan tantas levas como válvulas tenga el motor; normalmente 8, es decir, dos válvulas por cada cilindro ( una de admisión y otra de escape). Las levas son muy utilizadas en mecánica y llamadas también excéntricas. Las protuberancias o resaltes de las levas determinan varios factores importantes para la distribución. Si la leva tiene un valor angular alto, la duración de la apertura será también alta; si el diámetro exterior de la excéntrica es elevado, la apertura y cierre serán muy rápidos. El diseño de un árbol de levas es uno de los trabajos mas complejos de la construcción o modificación de un motor. También hay que tener presente que el árbol de levas mueve la bomba de gasolina por medio de otra excéntrica, y el eje del distribuidor y bomba de aceite por medio de un engranaje helicoidal. El árbol de levas se puede encontrar en la parte lateral del block del motor o en la parte superior sobre la culata lo que se denomina árbol de levas en la cabeza, donde pueden ser dos ejes, uno para las válvulas de admisión y otro para las válvulas de escape. En los motores convencionales con eje de levas lateral, la apertura y cierre de las válvulas se efectúa por medio de un sistema de empujadores y balancines. El árbol de levas actúa sobre unos elementos cilíndricos llamados taques y a su vez contra unas varillas metálicas llamadas pulsadores o varillas de empuje. Este conjunto mueven un balancín que actúa ya directamente sobre la válvula. Los balancines se encuentran en la culata, unidos a un eje de pivoteamiento o eje de balancines que no se debe confundir con el árbol de levas. El eje de balancines se halla protegido por una tapa de material ligero o tapa de válvulas, donde se encuentra el tapón de llenado de aceite. Precisamente este zona de los balancines, levas y empujadores, es una de las que mas lubricación precisa. 1 Definición de los componentes Válvulas: Elementos que mantienen la estanqueidad de los cilindros, permitiendo el paso de los gases de combustión y la salida de los gases del escape. Están diferenciadas las de admisión y las de escape. Lo normal en un motor convencional es que exista una válvula de cada tipo en cada cilindro. Resorte de válvula: Mantienen a la válvula en posición de reposo, esto es, cerradas. Los órganos mecánicos que accionan la apertura de las válvulas deben vencer la fuerza de estos resortes. Se apoyan sobre la culata y sobre una caperuza unida al vástago de las válvulas. Balancines: En los motores convencionales de árbol de levas lateral son los encargados de accionar directamente las válvulas, empujándolas al recibir el movimiento ascendente de los empujadores. Están dispuestos los balancines sobre un mismo eje, situado en la culata del motor, protegidos por la tapa de válvulas. Los balancines llevan un sistema de tuerca y contratuerca para permitir el reglaje ( regulación de válvulas ). Empujador o pulsador: Varilla metálica accionada por las levas, que empuja los balancines. Se mueven a través de un orificio del bloque del motor llamado guía, que impide la deformación de estas largas varillas. Su parte inferior, directamente en contacto con la leva se llama taque y es normalmente de material más blando para no ocasionar erosión en la leva. En ocasiones el taque tiene una ruedecilla para facilitar el resbalamiento de la leva. Árbol de levas: Eje situado en el costado del block o en la culata (según el tipo de motor), movido por el cigüeñal, que, además de accionar otros órganos mecánicos (distribuidor, bomba de aceite y gasolina), llevan talladas las levas que van a regular la apertura y cierre de las válvulas, en función de su resalte o excéntrica 2