MOTORES
Motor de Gasolina u Otto:
El motor se caracteriza
por aspirar una mezcla aire-combustible (típicamente gasolina dispersa en
aire). El motor Otto es un motor alternativo. Esto quiere decir de que se trata
de un sistema pistón-cilindro con válvulas de admisión y válvulas de escape.
El funcionamiento del
motor Otto de cuatro tiempos:
Cada cilindro tiene dos
válvulas, la válvula de admisión A y la de escape E . Un mecanismo que se llama
árbol de llevas las abre y las cierra en los momentos adecuados. El movimiento
de vaivén del émbolo se transforma en otro de rotación por una biela y una
manivela.
El funcionamiento se explica con cuatro fases que se
llaman tiempos:
1. tiempo (aspiración): El pistón baja y hace entrar
la mezcla de aire y gasolina preparada por el carburador en la cámara de
combustión.
2. tiempo (compresión): El émbolo comprime la mezcla
inflamable. Aumenta la temperatura.
3. tiempo (carrera de trabajo): Una chispa de la
bujía inicia la explosión del gas, la presión aumenta y empuja el pistón hacia
abajo. Así el gas caliente realiza un trabajo.
4. tiempo (carrera de escape): El pistón empuja los
gases de combustión hacia el tubo de escape.
El árbol de manivela
convierte el movimiento de vaivén del pistón en otro de rotación. Durante dos
revoluciones sólo hay un acto de trabajo, lo que provoca vibraciones fuertes.
Para reducir éstas, un motor normalmente tiene varios cilindros, con las
carreras de trabajo bien repartidas. En coches corrientes hay motores de 4
cilindros, en los de lujo 6, 8, 12 o aún más.
La eficiencia de los
motores Otto modernos se ve limitada por varios factores, entre otros la
pérdida de energía por la fricción y la refrigeración. En general, la
eficiencia de un motor de este tipo depende del grado de compresión. Esta
proporción suele ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la mayoría de los motores Otto
modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando
así la eficiencia del motor, pero este diseño requiere la utilización de
combustibles de alto índice de octano. La eficiencia media de un buen motor
Otto es de un 20 a un 25%: sólo la cuarta parte de la energía calorífica se transforma
en energía mecánica.
Tipos de Motores
Motor Diesel:
El motor diésel es un
motor térmico de combustión interna en el cual el encendido se logra por la
temperatura elevada producto de la compresión del aire en el interior del
cilindro. Fue inventado y patentado por el ingeniero aleman Rudolf Diesel en
1892. El motor de gasolina al principio tenía muy poca eficiencia. Rudolf
Diesel estudió las razones y desarrolló el motor que lleva su nombre (1892),
cuya eficiencia es bastante mayor. En teoría, el ciclo diésel difiere del ciclo
Otto en que la combustión tiene lugar en este último a volumen constante en
lugar de producirse a una presión constante. La mayoría de los motores diesel
tienen también cuatro tiempos, si bien las fases son diferentes de las de los
motores de gasolina.
Un motor diésel
funciona mediante la ignición de la mezcla aire-gas sin chispa. La temperatura
que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce
en el segundo tiempo motor, compresión. El combustible diésel se inyecta en la
parte superior de la cámara de compresión a gran presión, de forma que se
atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión. Como resultado,
la mezcla se quema muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas
contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. La biela
transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento
lineal del pistón en un movimiento de rotación.
Hay motores diesel de
dos y de cuatro tiempos. Uno de cuatro tiempos se explica así: En la primera
fase se absorbe aire hacia la cámara de combustión. En la segunda fase, la fase
de compresión, el aire se comprime a una fracción de su volumen original, lo
cual hace que se caliente hasta unos 440 ºC . Al final de la fase de compresión
se inyecta el combustible vaporizado dentro de la cámara de combustión,
produciéndose el encendido a causa de la alta temperatura del aire. En la
tercera fase, la fase de potencia, la combustión empuja el pistón hacia atrás,
trasmitiendo la energía al cigüeñal. La cuarta fase es, al igual que en los
motores Otto, la fase de expulsión.
Algunos motores diésel
utilizan un sistema auxiliar de ignición para encender el combustible para
arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura adecuada.
La eficiencia de los
motores diesel depende, en general, de los mismos factores que los motores
Otto, y es mayor que en los motores de gasolina, llegando a superar el 40%.
Este valor se logra con un grado de compresión de 14 a 1, siendo necesaria una
mayor robustez, y los motores diesel son, por lo general, más pesados que los
motores Otto. Esta desventaja se compensa con una mayor eficiencia y el hecho
de utilizar combustibles más baratos.
Los motores diésel
suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones
por minuto (rpm o r/min), mientras que los motores Otto trabajan de 2.500 a
5.000 rpm. No obstante, algunos tipos de motores diesel trabajan a velocidades
similares que los motores de gasolina.
Motor de dos tiempos:
Con un diseño adecuado
puede conseguirse que un motor Otto o diesel funcione a dos tiempos, con un
tiempo de potencia cada dos fases en lugar de cada cuatro fases. La eficiencia
de este tipo de motores es menor que la de los motores de cuatro tiempos, lo
que implica que la potencia que producen es menor que la mitad de la que
produce un motor de cuatro tiempos de tamaño similar.
El principio general
del motor de dos tiempos es la reducción de la duración de los periodos de
absorción de combustible y de expulsión de gases a una parte mínima de uno de
los tiempos, en lugar de que cada operación requiera un tiempo completo. El
diseño más simple de motor de dos tiempos utiliza, en lugar de válvulas de
cabezal, las válvulas deslizantes u orificios (que quedan expuestos al
desplazarse el pistón hacia atrás). En los motores de dos tiempos la mezcla de
combustible y aire entra en el cilindro a través del orificio de aspiración
cuando el pistón está en la posición más alejada del cabezal del cilindro. La
primera fase es la compresión, en la que se enciende la carga de mezcla cuando
el pistón llega al final de la fase. A continuación, el pistón se desplaza
hacia atrás en la fase de explosión, abriendo el orificio de expulsión y
permitiendo que los gases salgan de la cámara.
En la década de 1950,
el ingeniero alemán Félix Wankel completó el desarrollo un motor de combustión
interna con un diseño revolucionario, actualmente conocido como Motor Wankel.
Utiliza un rotor triangular dentro de una cámara ovalada, en lugar de un pistón
y un cilindro.
La mezcla de
combustible y aire es absorbida a través de un orificio de aspiración y queda
atrapada entre una de las caras del rotor y la pared de la cámara. La rotación
del rotor comprime la mezcla, que se enciende con una bujía. Los gases se
expulsan a través de un orificio de expulsión con el movimiento del rotor. El
ciclo tiene lugar una vez en cada una de las caras del rotor, produciendo tres
fases de potencia en cada giro.
El motor de Wankel es
compacto y ligero en comparación con los motores de pistones, por lo que ganó
importancia durante la crisis del petróleo en las décadas de 1970 y 1980.
Además, funciona casi sin vibraciones y su sencillez mecánica permite una
fabricación barata. No requiere mucha refrigeración, y su centro de gravedad
bajo aumenta la seguridad en la conducción.
Motor de Carga Estratificada:
Una variante del motor
de encendido con bujías es el motor de carga estratificada, diseñado para
reducir las emisiones sin necesidad de un sistema de recirculación de los gases
resultantes de la combustión y sin utilizar un catalizador. La clave de este
diseño es una cámara de combustión doble dentro de cada cilindro, con una
antecámara que contiene una mezcla rica de combustible y aire mientras la
cámara principal contiene una mezcla pobre. La bujía enciende la mezcla rica,
que a su vez enciende la de la cámara principal. La temperatura máxima que se
alcanza es suficiente como para impedir la formación de óxidos de nitrógeno,
mientras que la temperatura media es la suficiente para limitar las emisiones
de monóxido de carbono e hidrocarburos
Motor de Gas Natural:
El gas natural como
carburante, se usa en los motores de combustión interna al igual como se
utilizan los carburantes líquidos. Por ahora, ésta es la principal alternativa
al petróleo, principal compuesto tanto de la gasolina como el diesel.
Hay que tomar en cuenta
que el gas natural y el GLP son diferentes, ya que el segundo es una
destilación del petróleo mezclado con propano y butano. De los dos, el GLP es
menos contaminante que el natural, por lo que su uso es más difundido. Uno de
los sucesos que le dio rápida popularidad fue la presentación a principios de
los noventa del Bugatti EB110 con motor a gas, siendo el auto más rápido del
mundo de aquel tiempo.
Debe operar con ciclo
Otto dadas sus características propias, por el contrario los motores con ciclo
Diesel deben ser transformados a ciclo Otto cuándo se quiere que aquellos
funcionen con gas natural.
Cuando un motor de
ciclo Otto va a utilizar gas natural, no precisa ninguna transformación
mecánica sustancial. Tan solo debe equiparse del sistema de almacenamiento,
carburación y avance del encendido, electroválvulas, así como añadirle un
convertidor catalítico, si así se desea.
Existe también una
tercera posibilidad, consistente en no transformar los motores Diesel a Otto.
El sistema se fundamenta en continuar alimentando el motor con gasóleo, pero
interrumpiéndola durante un cierto tiempo, durante el cual se inyecta gas
natural al motor. Este sistema tiene muchas dificultades en su aplicación
práctica y no es utilizado masivamente.
Una de sus principales
dificultades está en el almacenaje, ya que estamos hablando de un líquido
altamente inflamable; pero con el paso de los años, la seguridad de este
sistema ha alcanzado tal nivel, que es tan seguro como un motor de gasolina. Es
por ello, que se utiliza al GLP como una opción de apoyo al motor gasolinera,
con lo que muchos motores tienen ambos sistemas. Con esto, los fabricantes
recomiendan usar la versión GLP para encender el motor y a bajas revoluciones
para luego cambiar automáticamente a la opción gasolina. A la larga representa
un menor consumo y una mejor conservación del medio ambiente sin mayor pérdida
de performance.
Motor Eléctrico:
Un motor eléctrico es
una máquina eléctrica rotativa que transforma energía eléctrica en energía
mecánica. En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los
motores de combustión:
-A igual potencia su tamaño y peso son más
reducidos.
-Se puede construir de cualquier tamaño.
-Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de
motor, prácticamente constante.
-Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno
al 80%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la
máquina).
-La gran mayoría de los motores eléctricos son
máquinas reversibles pudiendo operar como generadores, convirtiendo energía
mecánica en eléctrica.
Por estos motivos son
ampliamente utilizados en instalaciones industriales y demás aplicaciones que
no requieran autonomía respecto de la fuente de energía, dado que la energía
eléctrica es difícil de almacenar. La energía de una batería de varios kilos
equivale a la que contienen 80 gramos de gasolina. Así, en automóviles se están
empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de
ambos.
Las iniciativas de
preservar al medio ambiente hacen de éste el motor del futuro. Es equivocado
decir que ésta es una solución nueva, el motor eléctrico surgió casi al mismo
tiempo que el automóvil en sí. Aunque la cantidad de emisiones es casi cero, el
gran problema existente tanto hoy como hace 100 años es la misma: la autonomía
y la baja performance de sus motores. Aunque ya existen algunas versiones en
serie, todavía no se puede considerar en una posibilidad real al corto plazo.
Para contrarrestarlo, se prueban todo tipo de baterías, algunos de los cuales
funcionan como un motor dentro de otro. Incluso se han probado con baterías a
combustible, usando metanol o hidrógeno, pero éstas tienen todavía problemas de
almacenamiento.
Las campañas de consumo
de este tipo de vehículos es grande, y siempre se organizan eventos para
presentar a los coches eléctricos más veloces, haciéndose conocidos ante un
público que los ven como una futura alternativa al auto con motor de gasolina.
Es sólo cuestión de esperar.
