Maquinas térmicas
DEFINICION. Dispositivos capaces de transformar en trabajo mecánico en un eje (trabajo útil) parte de la energía interna de un combustible. CLASIFICACION. La clasificación primaria de las maquinas térmicas se realiza teniendo en cuenta las propiedades y forma de sus constituyentes fundamentales: A) el fluido activo o de trabajo. B)los elementos mecánicos que canalizan las fuerzas creadas por la evolución del fluido activo. Así de acuerdo con el criterio A, si la energía interna del combustible se convierte primero en calor y luego se transfiere a un fluido de trabajo que evoluciona dentro de la máquina, esta se denomina de combustión externa. Si el fluido activo está constituido por los mismos productos de la combustión, la maquina se denomina de combustión interna.
Es decir, en el primer caso, e fluido activo está completamente separado de los gases productos de la combustión y durante su evolución a través de la maquina solo sufre transformaciones físicas. Esto implica que:1)pueda utilizar combustible.2)pueda utilizarse como agente intermediario para transportar el calor cualquier sustancia dilatable. En general solo se utilizan los sist gaseosos.3)necesitan contar de un generador de calor y dos intercambiadores.4)el fluido activo puede recircularse a través de la máquina, pues solo sufre transformaciones físicas.5)la temperatura de combustión no es igual a la temperatura máxima de operación. En las de combustión interna, el fluido activo sufre transformaciones fisicoquímicas durante su evolución. Esto implica que:1)solo utilizan combustibles que quemen, sin dejar residuos nocivos para el motor.
2)el fluido activo solo puede ser gaseoso.3)no necesitan disponer de los intercambiadores de calor puesto que la transformación de la energía interna del combustible se realiza dentro del mismo fluido activo.4)el fluido activo debe ser renovado una vez que ha completado su evolución dentro de la máquina.5)la temp de combustión coincide con la temp máxima de operación.
En cuanto a la manera como se canalizan las fuerzas creadas por las variaciones de las propiedades del fluido activo, las maquinas térmicas pueden clasificarse en:A)alternativas.B)rotativas.C)de reacción. En las primeras, la energía cinética adquirida por el fluido intermediario se trasforma en trabajo, desplazando una pared sólida que cede ante su presión. El punto de aplicación de la fuerza así generada se desplaza con un movimiento unidireccional, que por medio de un mecanismo(biela-manivela), se transmite a un eje como movimiento rotativo. Estos motores pueden definir como de reacción estática. En las maquinas rotativas, el proceso de transformación consiste en:primero, orientar parcialmente la energía cinética molecular del fluido en energía cinética de escurrimiento, y después dirigiendo esa masa gaseosa sobre un juego de alabes móviles rígidamente vinculados a un eje y convenientemente orientados y curvados. Si la caída de presión y el correlativo aumento de velocidad se produce por completo en las pates fijas , las maquinas rotativas se denominan de acción. Si esa transformación se realiza en los alabes móviles se denominan de reacción dinámica. Estas realizan trabajos sin la necesidad de contar con alabes móviles. Los motores propulsivos de reacción pueden utilizarse.
Tipos básicos de motores. su operación
a fin de q la energía interna se convierta en trabajo mecánico en un eje, es necesario contar con un conjunto de elementos mecánicos. dichos elementos mecánicos fundamentales son:el cilindro, dentro del cual se desliza el pistón, que se encuentra vinculado al cigüeñal por la biela. cuando el pistón esta ms alejado del eje del motor se denomina punto muerto superior, y la más cercana punto muerto inferior. la distancia entre los puntos muertos de denomina carrera. El volumen mínimo(cuando el pistón está en el PMI)se lo denomina volumen de la cámara de combustión, y al máximo(cuando está en el PMS), volumen total. la diferencia entre ambos se lo llama volumen de cilindrada. este mecanismo debe transformar la energía liberada en la combustión en trabajo mecánico. así, debe admitir al fluido activo, de comprimirlo, se soportar las altas temperaturas. Las cuatros operaciones que deben cumplirse en un motor alternativo son: 1) admision.2) compresion.3) combustión y expansion.4) expulsión.
Los motores se denominan de cuatro tiempos o de dos tiempos.
Motores de cuatro tiempos
Los más difundidos dentro de los MCI. Cada tiempo de realiza en una carrera.1) admisión: la válvula de escape se cierra. A medida q el pistón se mueve hacia abajo la mezcla aire-combustible se aspira hacia el interior de cilindro a través de la válvula de admision.2) compresión: se cierra la válvula de admisión y el pistón realizando su carrera hacia el PMS, comprime la carga hasta alcanzar una presión varias veces superior a la inicial.3) combustión y expansión: durante la compresión previa justo antes q de q pistón llegue al PMS, la mezcla aire-combustible es encendida por una chispa producida por la bujía. Producida por la combustión, un fuerte incremento de temp y presión empuja al pistón hacia el PMI.4) escape: se abre la válvula de escape que comunica al cilindro con el exterior. Los gases son expulsados por el pistón en su carrera ascendente hacia el PMS.
Motores de dos tiempos
La admisión de la carga se realiza durante fracción de la carrera de compresión, mientras que el escape debe efectuarse durante parte de la carrera de expansión. Esto implica la necesidad de alimentar al cilindro mediante una fuente de presión exterior (bomba de alimentación). Al producirse la combustión comienza la carrera de trabajo, que finaliza cuando el pistón descubre la lumbrera de escape. Esto crea presión q mueve los gases hacia afuera. Después de abre la lumbrera de transferencia y la carga fresca ingresa a una cierta presión y empuja los gases residuales de la combustión anterior. Cuando el pistón comienza su carrera ascendente, cerrando la lumbrera de transferencia y luego la de escape, al mismo tiempo q su parte inferior descubre la lumbrera de admisión, por la q penetra la carga fresca gracias a la depresión creada por el pistón en el cárter. El pistón comprime la carga, y en el PMS se inicia la combustión, repitiéndose en el mismo orden los procesos descriptos anteriormente.
Comparación entre motores 2 y 4 tiempos
La presión media efectiva con que trabaja un motor de dos tiempos sea sensiblemente más baja q la q se obtendría en uno de cuatro tiempos de igual cilindrada y girando a la misma velocidad angular. La mayor frecuencia de combustión hace q la potencia volumétrica de los motores de dos tiempos sea superior a la de los motores de cuatro tiempos, sin llegar a duplicarla.