Motor de pistones alternativos

El motor de pistones alternativos es el más usado por los automóviles de la actualidad, esto es así debido a que ha dado buenos resultados (aunque no es el más eficiente) a través del tiempo, ya que fue de los primeros en ser usado para impulsar los primeros autos, aunque en aquella época menos eficientes que ahora, por obvias razones como la falta de tecnología y de combustibles de buena calidad. Sus partes constitutivas pricipales son: cigüeñal, biela, piston, válvulas (de admisión y de escape), guías de válvulas, botador, árbol de levas, bujía, volante de inercia.

Este motor funciona sugiendo el ciclo Otto de combustión, que consta de 4 ciclos: admisión, compresión, expansión y escape. En la admisión el pistón se encuentra en el P.M.S. (punto muerto superior), comenzando su carrera hacia el P.M.I. (punto muerto inferior), la válvula de admisión se abre ingresando la mezcla formada por aire y combustible, en una proporción conocida como mezcla eztequiométrica (1 gr. de combustible por cada 14,7 gr. de aire), que hace que la combustión sea eficiente. Cuando el pistón llega al P.M.I. la válvula de admisión se cierra y comienza la compresión En la compresión el pistón sube desde el P.M.I., hacia el P.M.S. comprimiendo la mezcla de combustible para que alcance una determinada temperatura que oscila entre los 280°C y los 450°C. Cuando llega al P.M.S., una bujía se encarga de emitir una chispa que inflama la mezcla comprimida, haciendo que la presión dentro de la cámara de combustion se eleve rápidamente., La temperatura en este punto puede variar entre 2100°C y 2300°C. Una vez que finaliza el aumento de la presíon el pistón comienza su carrera de vuelta hacia el P.M.I. Debido a que el volumén aumenta, la presión disminuye y por ende la temperatura. Para cuando el pistón llega al P.M.I. la temperaura dentro de la cámara es aproximada a los 1200°C. Ahora comienza el Escape, la válvula de escape se abre y el pistón comienza a ascender nuevamente hacia el P.M.S. para que los gases quemados abandonen la cámara de combustión. Una vez que salen estos gases hacia el exterior la válvula de escape se cierra y comienza de nuevo el ciclo.

El ciclo teórico de este motor es muy eficiente, pero en la práctica resulta que es muy bajo el rendimiento que proporciona debido a las siguientes causas: la válvula de admisión se abre con cierto retraso debido a que esta está comandada por el cigüeñal, es decir que no se abre de golpe sino que lo hace progesivamente hasta abrise del todo, lo que ya quita cierta cantidad de mezcla en la cámara de combustión. Se supone que si la valvula se abre y el pistón aspira, la presión que se encuentra dentro de la cámara de combustión debe ser igual a la externa, es decir, la del medio ambiente, o sea 1 kg/cm2, pero debido a esto y la la altísima velocidad en que ocurre, la presión no llega a superar los 0.6 kg/cm2, lo que significa una compresión final, una temperatura al final de la compresión, una presion después de la explosión, y una temperatura después de la explsión más baja, lo que se traduce en un menor rendimiento. Esto es a causa de que el ciclo no es isobárico (iso: igual, bárico: presión; igual presión media), lo que significa que el motor nunca llega a tener una presión igual a la atmosférica. Otro factor que también disminuye el rendimiento del motor es que el ciclo tampoco es adiabático(sin transferencia termica en sus partes), es decir que las partes que componen el motor disminuyen su rendimiento ya que a través de las vásluvlas las paredes de la cámara de combustión y los pistones se pierde energía mecánica por transferencia térmica lo que significa disminución en la energía mecánica que impulsa el pistón. A su vez como las piezas no pueden soportar un calor excesivo es necesario refrigerar las partes de motor y esto se logra a través de un circuito de refrigeración que circula por todo el motor y se encarga de que una vez alcanzada la temperatura de funcionamiento adecuada para el motor, la mantenga. Tambíen, las partes, necesitan ser lubricadas para disminuir es roce entre las piezas y evitar así altos valores de tamperatura que ocasionan serios daños en el motor. Además de funcionar como lubricante, el aceite también refrigera. Hay que agregar que no siempre el combustible se quema por lo que el motor pierde energía por combustión incompleta. Todos estos factores hacen que el motor solo llegue a rendir un 25%. Claro que estamos hablando de motores modernos. En sus inicios, a fines del siglo XIX no llegaba a supera el 10%. Ahora, para evitar este incoveniente se puede aumentar la relación de compresión del motor para tener un mayor rendimiento térmico y por ende mayor potencia. El problema que existe es que el combustible puede detonar antes de llegar al P.M.S. ya que si durante la compresión se llega a una termperatura muy alta, la mezcla puede producir un efecto llamado autoencendido, donde no necesita de la chispa de la bujía para encenderse. Este efecto puede producir serios daños en el motor que van desde doblar una biela hasta fisurar el cigüeñal, por lo que debe evitarse a toda costa.

Otro ciclo con el que funciona este motor es con el ciclo Diesel que funciona básicamente de la misma manera, pero con ciertas diferencias. Mientras que un motor de gasolina, funciona con compresiones entre 6 y 12 atmósferas a 1 (6:1 y 12:1), el diesel funciona a partir de relaciones de 15 atmósferas a 1 y puede llegar tranquilamente a las 25 atmosferas a 1 (15:1, 25:1). En la admisión solo ingresa aire a la cámara de combustión, que alcanza una altísima temperatura cuando llega el pistón al P.M.S. El combustible es inyectado poco antes de que el pistón llegue al P.M.S., inflamando el combustible sin necesidad de una chispa, generando una altisima temperatura y presión dentro de la cámara de combustión. Luego el escape es igual que en el ciclo Otto. Cuando un motor está frío, es decir, que estuvo una noche apagado, en el caso del diesel se necesita de una bujía de precalentamiento que permita una temperatura lo suficientemente alta para que el combustible se inflame y arranque el motor. Actualmente los motores diesel más modernos prescinden de esta bujía ya que los sistemas de inyección actuales les permiten encender el motor sin necesidad de un foco caliente. El motor con este ciclo tiene un rendimiento térmico cercano al 35% aunque limitado por los mismos motivos que el de ciclo otto.