Objetivo: Conocer la evolución del motor.
¿Cómo funciona un motor?
Marco Teórico:
Los primeros motores de gasolina que funcionaron fueron proyectados siguiendo el mismo esquema de los motores de vapor. En este tipo de motores, el vapor procedente de una caldera se hace expansionar en una cámara cilíndrica o cilindro. La presión ejercida por la expansión del vapor empuja hacia adelante una pieza metálica llamada pistón (embolo). El vapor pasa de la caldera al cilindro a través de la válvula de admisión, en el cilindro el vapor se expansiona y oprime el pistón originando su descenso.
Cuando este se acerca a la parte inferior del cilindro, la válvula de admisión se cierra y la entrada de vapor se detiene. Abriendo la válvula de evacuación el vapor contenido en el cilindro es expulsado y el pistón retrocede a su posición original en la parte superior del cilindro. Este tipo de motor funciona siguiendo los ciclos. Un motor de vapor tiene un ciclo de dos fases, siendo una el movimiento ascendente del pistón a lo largo del cilindro y la otra el movimiento descendente del pistón.
Aunque muchos países han contribuido al desarrollo y perfeccionamiento del motor de combustión interna y se han producido cientos de millones de motores, muy pocos conocen quien fue el inventor.
El motor de combustión interna no puede atribuirse a una sola persona, es decir, que fueron las ideas combinadas de los inventores las que contribuyeron al desarrollo del primer motor de combustión interna. El inventor francés llamado Lebon ideo en el año de 1799 una maquina a la cual dio el nombre de “motor de combustión interna”, en esa máquina el inventor hizo arder cierta cantidad de gas combustible mezclado con cierta cantidad de aire, dentro de un cilindro provisto de un embolo (pistón) y la expansión de los gases producidos por la combustión dentro del cilindro empujo el embolo hacia afuera. Sin embargo la maquina no fue perfeccionada debido a la muerte de Lebon.
Otro inventor el reverendo W. Cecil de Inglaterra construyo un motor semejante al de Lebon e hizo arder una mezcla combustible de hidrogeno y aire. En sus notas del experimento de Cecil se encontraron indicaciones claras de sus proyectos, ya que hizo notar que su motor estaba provisto de medios para transmitir energía y era capaz debido a las explosiones producidas encima de la cabeza del embolo (pistón), hace girar un eje a una velocidad de 60 revoluciones por minuto.
Lebon y Cecil descubrieron el fenómeno de que al quemar ciertos combustibles en el cilindro de sus maquinas producían movimientos del embolo (pistón) y del eje, no lograron perfeccionar sus inventos al grado de no poder comercializarlos, debido a los escasos conocimientos sobre termodinámica que contaba la ciencia en aquel tiempo. Sin embargo sus ideas contribuyeron mucho al desarrollo del primer motor eficaz de combustión interna.
Otro ingles, llamado William Barnett, ampliando los experimentos de Cecil y Lebon, encontró que era necesario para obtener una mayor cantidad de energía, comprimir los gases en el cilindro antes de someterlos a la combustión. Lo cual contribuyo ampliamente a despertar el entusiasmo entre los mejores ingenieros de la época quienes procedieron a experimentar intensamente con el único propósito de convertir una simple curiosidad de laboratorio en una maquina práctica que estuviera destinada a ser una de las contribuciones principales en el progreso de la civilización. Barnett como Lebon y Cecil, no pudo perfeccionar su máquina y fracaso al igual que muchos otros que trataron de resolver los problemas de índole técnica que implicaba la realización de tal idea.
En el año 1860, un inventor francés llamado Lenior alcanzo un adelanto considerable en el perfeccionamiento de las maquinas de Lebon, Cecil y Barnett; pero tenía muy poco conocimiento sobre la disipación de calor, por lo tanto sus trabajos no dieron el fruto. Lenior fracaso en sus esfuerzos de mantener su motor a una temperatura moderada de manera que pudiera funcionar sin recalentamiento, sino que tampoco logro aprovechar parte del calor generado por la combustión de los gases dentro del cilindro para mejorar la eficiencia del motor.
Otro ingeniero francés en 1862, llamado Beau de Rochas, patento un motor de combustión interna cuyo funcionamiento se basaba en el “ciclo de cuatro tiempos”. No obstante que Rochas no construyo un modelo de su invento, las teorías de su patente eran suficientemente convincentes para poner en manifiesto su efectividad.
En las patentes Rochas se puede resaltar los siguientes puntos:
Alcanzar la mayor comprensión de los gases, antes de la combustión.
Obtener la mayor expansión de los gases durante la combustión, de modo que el pistón sea lanzado hacia abajo en su cilindro con el mayor impulso posible.
Alcanzar la mayor velocidad del pistón dentro de ciertos límites prácticos, de manera que el pistón y por tanto el eje, pueda permanecer en movimiento algún tiempo después de haberse aplicado la fuerza de la expansión de los gases.
El principio de funcionamiento del motor que tan detalladamente describió Beau de Rochas, es la utilizada en los motores de combustión interna con ciclo de cuatro tiempos. Gracias a los esfuerzos de dos científicos alemanes llamados Nicolaus August Otto y Eugen Langen, quienes en la exposición de Paris de 1867 presentaron al público un motor de combustión interna cuyo principio de funcionamiento estaba basado en la teoría de Beau de Rochas. Por tal motivo el principio del ciclo de cuatro tiempos, también se conoce con el nombre de “ciclo de Otto”.
El motor ideado por Otto funciona de la siguiente forma: en la primera fase llamada de admisión, la carga es aspirada hacia el interior de la cámara, provocando el descenso del pistón a lo largo del cilindro. Durante esta fase la válvula de admisión permanece abierta y la de escape cerrada. La fase de comprensión se inicia cuando el pistón empieza a desplazarse hacia arriba. Durante esta fase las válvulas de admisión y escape permanecen cerradas, de forma que la carga es comprimida hasta que su volumen se hace muy pequeño. Cuando toda la carga queda encerrada en la recamara o parte superior del cilindro, es encendida mediante una chispa eléctrica que salta entre los polos de la bujía y se inicia la fase de explosión, en la cual se forman gases muy calientes que se expansionan empujando el pistón hacia abajo a lo largo del cilindro. Estás válvulas permanecen cerradas. En la fase de escape se abre la válvula de escape y el pistón reinicia su carrera ascendente empujando los gases residuales de la combustión hacia el exterior del cilindro. Otto construyo un motor de gasolina siguiendo la secuencia de fases anteriormente descrita y comenzó su fabricación de escala industrial que giraba a 180 revoluciones por minuto.
En 1883 Gottlieb Daimler, por su interés en los vehículos de propulsión mecánica y motores de más altas revoluciones, desarrollo el primer motor de cuatro tiempos adecuado para vehículos automotores, el cual giraba a cerca de 900 revoluciones por minuto.
En el año de 1893 el ingeniero alemán Rudolf Diesel publico un trabajo titulado Teoría y construcción de un motor térmico racional. Mediante la termodinámica se intentaba llegar a comprender las relaciones existentes entre el calor y el trabajo con el fin de aplicarlas luego en la construcción de convertidores de energía más eficaces. La teoría de Diesel se basaba en dos consideraciones fundamentales. La primera consistía en el hecho de que cuanto más se comprimía una determinada cantidad de gas, mas aumentaba su temperatura y de manera análoga cuando más se expandía disminuía la temperatura. Por ejemplo la temperatura de la mezcla es muy alta cuando es comprimida por el pistón en su carrera ascendente y alcanza su mínimo volumen y se enfría cuando el gas alcanza su máximo volumen. Diesel se basaba que cuanto mayor fuese la diferencia entre las dos temperaturas del gas, antes y después de la compresión mejor funcionaria el motor. La relación entre los dos volúmenes de gas en el cilindro antes y después de la comprensión, se denomina relación de comprensión.
La idea de diesel consistía en aumentar la eficacia del motor de combustión interna de Otto, aumentando su relación de comprensión, pensaba en construir un motor que pudiera comprimir el aire hasta 16 veces de su volumen original; en este estado el aire alcanzaría una temperatura de 583 ºC. Entonces se inyectaría directamente en el cilindro el carburante que debido a la alta temperatura prendería espontáneamente. En los primeros modelos de motor Diesel quemaban polvo de carbón.
Después de todos los citados inventores y científicos, el motor de combustión interna, usando carburante derivados del petróleo, se expandió rápidamente y surgieron nuevos inventores que fueron perfeccionando los distintos elementos que componen un motor de combustión interna hasta la actualidad.
Análisis:
El motor de combustión interna no puede atribuirse a una sola persona, es la recopilación de las ideas combinadas.
El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión interna de encendido provocado (motores de gasolina). Se caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo el calor se aporta a volumen constante.
Conclusión:
He aprendido que el motor ha tenido bastantes procesos para llegar a ser lo que es hoy. Los inventores del motor fueron personas muy inteligentes ya que en la actualidad se basan en el mismo principio: admisión, compresión, trabajo (explosión), escape. El motor es un invento que ha cambiado el mundo y siempre va a estar evolucionando. Se realizaran estudios para hacerlos mas económicos, potentes, menos contaminantes, entre otras cosas, es algo que no va a parar.
Recomendaciones: Realizar practicas con motores para tener un mejor entendimiento.
Bibliografía: Técnico en Mecánica y Electrónica Automotriz CODESIS.
