MOTORES

Los motores son operadores generadores de movimiento, es decir, transforman algún tipo de energía en energía mecánica, por lo que los hay de muy distintos tipos según la energía inicial que utilizan. Desde siempre el hombre ha utilizado su propia fuerza (muscular) y la de los animales para realizar trabajos y mover objetos, y con el paso del tiempo ha aprendido a usar máquinas que le han ayudado a mover objetos, incluso cada vez más pesados. Un ejemplo son los molinos de viento y los molinos de agua, que aprovechaban la fuerza de la naturaleza para mover un sistema mecánico y realizar un trabajo. Actualmente, los más usados son los motores eléctricos (por ser la forma de energía más usada y las ventajas de estos: versatilidad, no contaminan, tamaño reducido, gran duración, escaso mantenimiento) y los de combustión o térmicos (por ser los más potentes, aunque contaminan mucho, son de mayor tamaño y necesitan mayor mantenimiento). Otros motores son los de cuerda, de resortes, de gravedad, etc.

MOTORES DE COMBUSTIÓN

Los motores de combustión convierten un fenómeno químico (la expansión que se produce al comprimir y explotar una mezcla de aire y combustible, dentro de un cilindro herméticamente sellado) en uno mecánico que es el empuje que recibe el pistón de los gases de combustión y que lo transmite a la biela y ésta al cigüeñal, produciendo finalmente un movimiento de giro en el eje que será aprovechado por el sistema de transmisión del vehículo para hacer que las ruedas se muevan.

Existen dos tipos básicos de motores de combustión: Motores de Gasolina y Motores Diesel (de gasóleo). En esencia funcionan igual, la única diferencia es que al comprimir la mezcla, en el diesel simplemente al llegar al punto máximo de compresión se produce la explosión espontáneamente, mientras que en el de gasolina es necesaria una chispa eléctrica (gracias a una bujía) para que se produzca la explosión. En realidad, en el diesel se comprime sólo el aire, elevándose la temperatura a aproximadamente 500º C, y luego en el aire comprimido se inyecta el combustible y éste se inflama espontáneamente.

Ambos combustibles (gasolina y gasóleo) se obtienen del petróleo, pero el gasóleo o combustible diesel es más pesado y aceitoso, lo que hace que evapore más lentamente y que el punto de ebullición sea más alto. A cambio, el diesel tiene un mejor rendimiento en km/litro y es ligeramente más económico porque, entre otras cosas, requiere menos refinación. En definitiva, los de gasolina son menos eficientes, sólo aprovechan del 22 al 24% de la energía, mientras que en los diesel el aprovechamiento puede superar el 35%. Por ello, estos motores encontraron rápida aplicación en barcos, locomotoras, camiones pesados y tractores.

La calidad de una gasolina se mide mediante el índice de octano y la calidad del diesel se expresa mediante el índice de cetano.

Su funcionamiento (nos centraremos en el de gasolina aunque sería similar en el diesel) está basado en una ingeniosa distribución de los movimientos o carreras del pistón (movimientos ascendentes y descendentes) completando cada ciclo de trabajo en cuatro movimientos o tiempos: Entrada de combustible, compresión del combustible, explosión y expansión y, finalmente, expulsión de los gases o humos que deja la combustión. Como el pistón va encerrado en el cilindro se necesitan dos orificios o válvulas, la válvula de admisión para que pueda entrar el combustible (mezcla de aire y gasolina) y la válvula de escape para que puedan salir los gases, en el momento adecuado. El movimiento sincronizado de las válvulas (apertura y cierre) se realiza gracias a unas levas. Esos cuatro pasos (denominados Admisión, Compresión, Explosión y Escape) son los utiliza el motor de explosión de cuatro tiempos:

Motor de Gasolina

Motor Diesel

Los cuatro Tiempos:

Admisión (primer tiempo): El pistón inicia una carrera descendente dentro del cilindro y aprovechando que la válvula de admisión está abierta, succiona la mezcla (aire+gasolina) para llenar el vacío. Al final de este recorrido hacia abajo (PMI o Punto Muerto Inferior) el cilindro está lleno de combustible.

Compresión (segundo tiempo): El pistón sube. Como las válvulas de admisión y de escape están cerradas, la mezcla no puede salir del cilindro y entonces es comprimida por el pistón, calentándose hasta una alta temperatura.

Explosión o Combustión (tercer tiempo): Al estar comprimida la mezcla, la alta temperatura facilita el efecto de explosión que produce una chispa que salta de la bujía, haciendo que se expandan los gases y baje el pistón con una gran fuerza.

Escape (cuarto tiempo): Por último, la combustión que se ha producido deja algunos gases o humos que ahora son expulsados a través de la válvula de escape y que son empujados por el pistón en esta carrera ascendente.

Como se puede observar, el único tiempo o fase en la que realmente se realiza el trabajo mecánico de hacer girar el eje para mover el vehículo es el de combustión (tercer tiempo). Los otros tres son necesarios para que aquél se pueda llevar a cabo correctamente. Y, además, los cuatro tiempos están complementados con otros sistemas que permiten su óptimo desempeño:

Sistema de Alimentación

Sistema de Encendido

Sistema de Refrigeración

Sistema de Lubricación

Partes del Motor

Bloque de cilindros:

El bloque de cilindros es una pieza fundida donde se encuentran distribuidos los cilindros (cuatro en el motor de la imagen de arriba).
Los cilindros son unos orificios en cuyo interior se desplazan los pistones y su principal función es la de recibir la mezcla de aire y gasolina para luego comprimirla y hacerla explotar, generando la fuerza que se ha de transmitir finalmente a las ruedas.

Cárter de Aceite:

El cárter es una bandeja ubicada en la parte inferior del bloque de cilindros y su función principal es la de servir como cierre inferior y depósito del aceite.

Culata:

La culata es la pieza ubicada en la parte superior del bloque de cilindros. Es la tapa de todos los cilindros. allí se ubican las bujías, las válvulas de admisión y de escape, y los conductos de entrada y salida de gases:

Gases de entrada: La mezcla de aire y gasolina.

Gases de salida: Los gases-residuo de la combustión (CO, CO2, O2, HC)

Mecanismo Pistón - Biela - Cigüeñal:

Pistón: Es el elemento que se desplaza en movimientos ascendentes y descendentes dentro de cada uno de los cilindros. Comunica la fuerza que produce la combustión a la biela, quien a su vez se la transmite al cigüeñal.

Biela: Es un brazo que transmite el movimiento ascendente y descendente del pistón al cigüeñal.

Cigüeñal: Es un eje con varios codos en forma de manivela, que recibe el movimiento ascendente y descendente de los conjuntos biela-pistón, contribuyendo así entre todos (cuatro en el ejemplo) al mismo movimiento giratorio del eje, que será transmitido finalmente a las ruedas.