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Apuntes resumidos...

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MOTORES TÉRMICOS APUNTES DE LA ASIGNATURA 4º Curso Grado en Ingeniería Mecánica

Nombre y apellidos:

Ángel Paredes Parrilla.

Escuela de Ingenierías Industriales. Universidad de Málaga C/ Dr. Ortiz Ramos s/n. Campus de Teatinos. 29071 Málaga Junio 2018

ÍNDICE GENERAL

Motores térmicos.

ÍNDICE GENERAL Tema 1: Introducción a los motores térmicos .......................................................................................................................... 7 1. 2.

3.

Máquinas de fluidos. Clasificación. ...................................................................................................................................... 7 El motor térmico. Clasificación............................................................................................................................................. 7 2.1.

El motor de combustión externa. ................................................................................................................................. 7

2.2.

El motor de combustión interna. .................................................................................................................................. 8

Breve historia de los motores térmicos................................................................................................................................. 9 3.1.

Orígenes .................................................................................................................................................................... 9

3.2.

Ejemplos de distintos motores térmicos actuales ......................................................................................................... 9

Tema 2: Generalidades de los MCIA: Definiciones y clasificación......................................................................................... 13 1.

Introducción. ..................................................................................................................................................................... 13

2.

Elementos constructivos de los MCIA ................................................................................................................................ 13 2.1.

Elementos estructurales............................................................................................................................................ 13

2.1.1.

Culata .............................................................................................................................................................. 13

2.1.2.

Bloque motor.................................................................................................................................................... 15

2.2.

Sistema de distribución ............................................................................................................................................. 16

2.3.

Tren alternativo......................................................................................................................................................... 16

3.

Definiciones ...................................................................................................................................................................... 18

4.

Clasificación de los MCIA .................................................................................................................................................. 21

Tema 3: Ciclos termodinámicos de trabajo en los MCIA ........................................................................................................ 23 1.

Ciclos de funcionamiento en los MCIA ............................................................................................................................... 23 1.1.

Introducción.............................................................................................................................................................. 23

1.2.

Ciclo de aire equivalente a volumen constante. MEP. Ciclo Otto. ............................................................................... 23

1.2.1.

Funcionamiento teórico de un motor de encendido provocado ........................................................................... 24

1.2.2.

Funcionamiento real de un motor de encendido provocado................................................................................ 24

1.3.

Ciclo de aire equivalente a presión limitada. MEC. Ciclo Diésel .................................................................................. 27

1.4.

Ciclo de aire equivalente mixto. MEC & MEP. Ciclo Sabathé. ..................................................................................... 27

1.5.

Ciclo real de un MEC ................................................................................................................................................ 28

1.6.

Parámetros característicos de un ciclo termodinámico ............................................................................................... 28

1.6.1.

Presión media indicada y potencia indicada ...................................................................................................... 28

1.6.2.

Presión media efectiva ..................................................................................................................................... 28

1.6.3.

Rendimientos y consumos ................................................................................................................................ 29

1.6.4.

Dosado ............................................................................................................................................................ 30

1.7.

Ciclo real de un motor de dos tiempos ....................................................................................................................... 30

1.8.

Otros ciclos .............................................................................................................................................................. 31

Tema 4: El sistema de distribución en los MCIA .................................................................................................................... 33 1.

2.

Misión de la distribución .................................................................................................................................................... 33 1.1.

Definición del sistema de distribución ........................................................................................................................ 33

1.2.

Relación de transmisión entre el cigüeñal y el árbol de levas...................................................................................... 33

Sistemas de distribución.................................................................................................................................................... 33 2.1.

Overhead Valve (OHV) ............................................................................................................................................. 33

2.2.

Single Overhead Camshaft (SOHC; OHC). ................................................................................................................ 34

2.3.

Double Overhead Camshaft (DOHC)......................................................................................................................... 34

4º Curso. Grado en Ingeniería Mecánica.

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ÍNDICE GENERAL 3.

3.1.

4.

5.

Ruedas dentadas...................................................................................................................................................... 35

3.2.

Cadenas de rodillos .................................................................................................................................................. 35

3.3.

Correa dentada......................................................................................................................................................... 35

Elementos de la cadena cinemática................................................................................................................................... 36 4.1.

Árbol de levas........................................................................................................................................................... 36

4.2.

Levas ....................................................................................................................................................................... 36

4.3.

Válvulas ................................................................................................................................................................... 37

4.3.1.

Accionamiento de las válvulas con disposición en línea ..................................................................................... 37

4.3.2.

Accionamiento de las válvulas con disposición en doble línea............................................................................ 38

4.4.

Geometría de las válvulas ......................................................................................................................................... 38

4.5.

Elementos intermedios.............................................................................................................................................. 39

4.5.1.

Empujador o taqué hidráulico............................................................................................................................ 39

4.5.2.

Balancines ....................................................................................................................................................... 39

Sistemas de distribución variable....................................................................................................................................... 40 5.1.

¿Cómo variar la distribución? .................................................................................................................................... 40

5.1.1. 6.

Motores térmicos.

Mando de la distribución.................................................................................................................................................... 35

Convertidor de fase .......................................................................................................................................... 41

Transmisión por cadena o correa....................................................................................................................................... 43 6.1.

Reglaje de válvulas por el método de cruce ............................................................................................................... 43

Tema 5: La renovación de carga en los MCIA......................................................................................................................... 45 1.

Concepto de renovación de la carga .................................................................................................................................. 45

2.

Renovación de la carga en 4T ........................................................................................................................................... 45 2.1.

Rendimiento volumétrico........................................................................................................................................... 46

2.2.

Proceso de admisión ideal. Hipótesis ........................................................................................................................ 46

2.3.

Potencia y presión media efectiva en función del rendimiento volumétrico .................................................................. 47

2.4.

Factores de funcionamiento que afectan al rendimiento volumétrico........................................................................... 47

2.4.1.

Régimen de giro ............................................................................................................................................... 47

2.4.2.

Número de Mach (M) y Reynolds (Re) en la válvula .......................................................................................... 48

2.4.3.

Grado de admisión ........................................................................................................................................... 48

2.4.4.

Temperatura exterior ........................................................................................................................................ 49

2.4.5.

Dosado ............................................................................................................................................................ 49

2.4.6.

Vaporización del combustible............................................................................................................................ 49

2.4.7.

Temperatura del refrigerante............................................................................................................................. 49

2.5.

3.

Factores de diseño geométrico que afectan al rendimiento volumétrico ...................................................................... 49

2.5.1.

Sección de paso y forma de las válvulas. .......................................................................................................... 49

2.5.2.

Colector de admisión ........................................................................................................................................ 50

2.5.3.

Colector de escape........................................................................................................................................... 51

2.5.4.

Relación carrera diámetro................................................................................................................................. 51

2.5.5.

Diagrama de distribución .................................................................................................................................. 52

Renovación de la carga en motores de dos tiempos........................................................................................................... 53 3.1.

Generalidades en un dos tiempos ............................................................................................................................. 53

3.2.

Configuración de un motor de dos tiempos ................................................................................................................ 53

3.3.

Tipos de barrido........................................................................................................................................................ 54

3.4.

Proceso de barrido ideal ........................................................................................................................................... 55

3.4.1.

Coeficientes de evaluación ............................................................................................................................... 56

3.4.2.

Influencia sobre la presión media efectiva y el rendimiento efectivo ................................................................... 56

4º Curso. Grado en Ingeniería Mecánica.

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ÍNDICE GENERAL 4.

Motores térmicos.

Sobrealimentación ............................................................................................................................................................ 57 4.1.

Justificación de la sobrealimentación......................................................................................................................... 57

4.2.

Necesidad de la refrigeración después del compresor................................................................................................ 57

4.3.

Consecuencias sobre el comportamiento del motor ................................................................................................... 57

4.4.

Tipos de sobrealimentación....................................................................................................................................... 57

4.4.1.

Sobrealimentación mecánica ............................................................................................................................ 57

4.4.2.

Turbosobrealimentación ................................................................................................................................... 57

Tema 6: El proceso de combustión en los MCIA .................................................................................................................... 59 1.

Introducción ...................................................................................................................................................................... 59 1.1.

Definición de combustión .......................................................................................................................................... 59

1.2.

Generalidades de la combustión en los MEP ............................................................................................................. 59

1.3.

Generalidades de la combustión en los MEC ............................................................................................................. 59

2.

El proceso químico de la combustión ................................................................................................................................. 60

3.

Combustión en los MEP .................................................................................................................................................... 60 3.1.

Encendido de la mezcla ............................................................................................................................................ 60

3.2.

Combustión normal................................................................................................................................................... 61

3.3.

Desarrollo de la presión ...........................................