Motores de Combustión Interna: Tipos y Funcionamiento

Los motores de combustión interna son dispositivos que generan movimiento a través de la combustión de gases en una cámara interna del motor. Existen diferentes tipos de motores, cada uno con sus características y aplicaciones específicas.

Motor de Explosión (Ciclo de Otto)

Este tipo de motor comprime una mezcla de aire y gasolina y la ignición se produce mediante una chispa eléctrica. Son más ligeros y baratos, y se utilizan en automóviles, motos y avionetas.

Motor Diesel

En este motor, solo se comprime el aire y luego se introduce el combustible, que se enciende por presión. Se utilizan en vehículos de alta potencia y bajo consumo, como automóviles, barcos y maquinaria agrícola. Sin embargo, su rendimiento es menor debido a la incompleta combustión y a la compresión y expansión no adiabáticas.

Motores de 4 Tiempos y Motores de 2 Tiempos

Los motores de 4 tiempos requieren 4 carreras del pistón para completar un ciclo, mientras que los motores de 2 tiempos solo necesitan 2. Los motores de 2 tiempos tienen la ventaja de duplicar las carreras de trabajo, pero su rendimiento mecánico es menor y su desgaste es mayor.

Motores Rotativos

Los motores rotativos incluyen la turbina de gas de ciclo abierto (ciclo Brayton o Joule), utilizada en la propulsión de aviones, y el motor Wankel, que se caracteriza por su sencillez, suavidad de marcha, silencio y ligereza. Sin embargo, el motor Wankel tiene un alto consumo y emisiones. Estos motores se utilizan en automóviles, motocicletas y aviación.

Motores de Combustión Externa

Los motores de combustión externa funcionan de manera diferente a los motores de combustión interna. Entre ellos se encuentran la máquina de vapor (ciclo Rankine), que utiliza vapor sobrecalentado para generar movimiento, y la turbina de gas de ciclo cerrado (ciclo Rankine), que utiliza vapor de agua para hacer girar una rueda a altas velocidades.

Consumidores de Energía Mecánica

Los consumidores de energía mecánica incluyen la máquina frigorífica (ciclo de Carnot), que extrae calor del foco frío para mantenerlo a una temperatura inferior a la del medio ambiente, y la bomba de calor (ciclo de Carnot), que cede calor a un sistema que actúa como foco caliente. Estos sistemas se utilizan en refrigeración y climatización.

Partes de un Motor de Explosión de 4 Tiempos

Un motor de explosión de 4 tiempos consta de varias partes, como el inyector, el cilindro, las válvulas (de admisión y escape) y la bujía. Estas partes trabajan en conjunto para permitir la entrada de la mezcla de combustible y la salida de los gases de combustión, y para producir la chispa que enciende la mezcla comprimida. Además, el movimiento del pistón se transforma en movimiento circular mediante la biela-manivela y el cigüeñal.

Ciclo de Otto

El ciclo de Otto es el proceso que ocurre en un motor de explosión de 4 tiempos. Consiste en dos procesos adiabáticos y dos isocóricos. Durante el ciclo, se llevan a cabo los tiempos de admisión, compresión, explosión-expansión y escape.

Motores de Explosión de 2 Tiempos

Los motores de explosión de 2 tiempos no tienen válvulas ni levas, y la admisión y salida de gases se realiza a través de lumbreras en la pared del cilindro. Estos motores se utilizan en aplicaciones donde se requiere simplicidad y peso reducido.

Motores de Combustión (Diesel)

Los motores de combustión diesel tienen un rendimiento mayor que los motores de ciclo de Otto, ya que comprimen solo aire y luego introducen el combustible. Estos motores no tienen carburador ni sistema de encendido, y pueden alcanzar altas presiones y temperaturas. El combustible se inyecta a alta presión en el cilindro, lo que provoca la ignición de la mezcla a presión constante.

Sobrealimentación

La sobrealimentación es un sistema utilizado para aumentar la potencia de los motores de combustión interna. Consiste en aumentar la cantidad de mezcla combustible admitida en el cilindro, ya sea aumentando la presión del aire o de la mezcla combustible a la entrada del cilindro. Esto se logra mediante un compresor accionado por una turbina, que utiliza los gases de escape como fuente de energía. Para evitar el aumento de temperatura, se utiliza un intercambiador de calor antes de que los gases ingresen al motor.

Turbina de Combustión (Ciclo de Brayton)

Las turbinas de combustión funcionan mediante un compresor, una cámara de combustión y una turbina. El aire es aspirado y comprimido en el compresor, luego se inyecta el combustible en la cámara de combustión, donde se produce la autoignición debido a la alta temperatura. Los gases calientes se expanden en la turbina, generando trabajo útil y proporcionando la energía necesaria para mover el compresor. Finalmente, los gases de escape son expulsados al exterior.