Los
motores: Motores de explosión.
Artificios
que transforman cualquier clase de energía en trabajo mecánico,
o que suministran la energía necesaria para que ciertos
artefactos, genéricamente denominados máquinas,
puedan producir un trabajo. Así, por ejemplo, un automóvil
es una máquina que consta de bastidor montado sobre 4 ruedas,
amortiguadores, caja de carrocería, etc. y de 1 motor que
le proporciona movimiento.
Existe gran número de motores diferentes y diversas formas
de clasificarlos. Pueden agruparse en animados e inanimados. Son
motores animados el hombre y los animales, cuando emplean su energía
muscular para realizar un trabajo mecánico. Son inanimados
los que generan una clase de energía a partir de otra.
De acuerdo con la clase de energía utilizada, pueden clasificarse
en motor eléctrico, eólico, hidráulico, térmico,
etc., según que empleen la energía que genera una
corriente eléctrica, una masa de aire en movimiento, una
corriente de agua , o el calor de combustión de un combustible
, respectivamente.
Entre los más importantes motores se cuenta el de explosión,
clasificado como motor aerobio atmosférico, pues necesita
el oxígeno del aire para que el combustible se queme y
origine los gases que, al expandirse, generan la energía
que realizará un trabajo mecánico. El motor anaerobio
es el de reacción de un cohete, que no precisa del oxígeno
del aire para su funcionamiento.
El motor de explosión se funda en el siguiente principio:
si una mezcla de aire y de un gas combustible, contenida dentro
de un cilindro provisto de un émbolo, se inflama por medio
de una chispa, se produce una explosión y como consecuencia
de ésta una elevada temperatura que provoca la dilatación
de los gases producidos por la combustión del carburante
y con ella la presión que empuja el émbolo. El movimiento
alternativo que éste realiza se transmite a otros órganos
que lo transforman en uno giratorio, que mueve una máquina
o un vehículo como, por ejemplo, un automóvil.
El motor de explosión es un motor de combustión
interna, como el Diesel, pero el primero es un motor de encendido
por chispa, y el segundo, de encendido por compresión.
El órgano principal de un motor de explosión es
el cilindro que está abierto en la parte inferior y cerrado
en la superior por la culata. Ésta tiene una cavidad que
forma sobre el émbolo la cámara de combustión.
La culata sirve, además, de soporte para la bujía
y, en el caso de distribución superior, tiene orificios
para las válvulas de admisión de la mezcla de combustible
y comburente y para el escape de los gases de la combustión.
Entre las partes extremas del cilindro, llamadas punto muerto
superior y punto muerto inferior, se mueve el émbolo, alternativamente
hacia arriba y hacia abajo. Está unido por la parte inferior
al mecanismo de biela, manivela y cigüeñal, es decir,
al dispositivo que transforma el movimiento rectilíneo
y alternativo del émbolo en otro circular.
El motor de explosión es un motor cíclico, es decir,
que funciona repitiendo periódicamente las mismas operaciones
en el mismo orden. Éstas pueden realizarse en 4 tiempos
o en 2, según se efectúen las fases de admisión
de la mezcla carburante, su compresión, explosión
o combustión y expansión de ella y escape de los
gases quemados, en 2 revoluciones del árbol motor o cigüeñal
o en una, respectivamente.
Corte
esquemático de un motor Austin Morris, Serie “E”
, de eje de levas superior. La nafta se mezcla con aire en el
carburador, y la mezcla pasa a los cilindros a través del
múltiple de entrada y válvulas de admisión.
Las bielas de pistón hacen girar el cigüeñal,
que pone en movimiento, los engranajes por medio del embrague.
Los engranajes hacen girar el mecanismo de transmisión,
conectado a las ruedas por el eje de transmisión. Los gases
de combustión son expulsados a través de las válvulas
de salida y el tubo de escape.
Ciclo
de 4 tiempos
Motores
de nafta, de cuatro tiempos. 1 - el pistón baja para permitir
la entrada de una mezcla de nafta y aire, 2 - El pistón
sube y se produce la compresión de la mezcla. 3- La bujía
incendia la mezcla y la expansión de los gases hace bajar
el pistón. 4- El pistón sube nuevamente y expulsa
los gases de la combustión a través del escape.
En
el motor de 4 tiempos el ciclo se cumple así: 1er. tiempo
o de admisión. El émbolo comienza su movimiento
alternativo desde el punto muerto superior hacia el punto muerto
inferior, Su descenso produce dentro del cilindro una disminución
de presión y con ello la abertura de la válvula
de admisión y la aspiración del carburante y del
comburente que penetran en el recinto de aquél. El movimiento
del émbolo, que se transmite al mecanismo de biela, manivela
y cigüeñal, corresponderá a media vuelta del
árbol motor cuando llegue al punto muerto inferior, lapso
en que el cilindro se habrá llenado con la mezcla de combustible
y comburente. Así termina el primer tiempo y se cierra
la válvula de admisión. 2do. tiempo o de compresión.
El émbolo inicia su movimiento hacia el punto muerto superior
y comprime el carburante hasta unas 8 atmósferas. Por efecto
de la compresión la temperatura de la mezcla aumenta hasta
llegar casi a la necesaria para la inflamación del carburante.
Cuando el émbolo termina su movimiento ascendente, también
finaliza el segundo tiempo del ciclo y el árbol motor completa
su vuelta. 3er. tiempo o de explosión. En el instante en
que el émbolo termina su carrera ascendente, la chispa
que salta entre los electrodos de la bujía inflama el carburante.
Su combustión produce una notable elevación de temperatura
y con ello la violenta dilatación de los gases que ejercen
una considerable presión sobre el émbolo, empujándolo
hacia el punto muerto inferior. Este movimiento se transmite al
árbol motor que cumple al término de aquel una vuelta
y media. 4to. tiempo o de escape. Al iniciarse, se abre la válvula
de escape de los gases de la combustión, que son empujados
hacia el ambiente exterior por el émbolo que comienza otra
carrera ascendente. Cuando llega al punto muerto superior, el
árbol motor completa 2 vueltas o 2 revoluciones y con ello
termina el ciclo de 4 tiempos, que vuelve a repetirse y así
sucesivamente. De los 4 tiempos, 2 descendentes y 2 ascendentes,
sólo el tercero es activo, pues es el único que
produce energía útil para transformarla en trabajo.
Ciclo
de 2 tiempos
En
éste, las fases del cielo son también 4: admisión,
compresión, explosión y escape, pero se realizan
sólo en 2 tiempos o en 2 carreras del émbolo, razón
por la cual el árbol motor cumple en igual tiempo una sola
vuelta o revolución.
El cilindro de un motor de 2 tiempos tiene lumbreras en lugar
de válvulas. Aquéllas son aberturas convenientemente
situadas en la pared del cilindro; una, para la aspiración
del carburante y comburente, que penetran por debajo del émbolo
en la cámara inferior del cilindro; otra, para la admisión,
esto es, para que aquella mezcla pase de dicha cámara a
la de combustión, situada por encima del émbolo,
y una tercera, para el escape de los gases de combustión.
Los 2 tiempos se cumplen así: en uno, después que
el émbolo comprimió la mezcla de carburante y comburente,
cerró las lumbreras de admisión y de escape, se
produce la explosión. En este lapso, cuando el émbolo
está llegando al punto muerto superior, descubre la lumbrera
de aspiración para que penetre nueva mezcla en la cámara
inferior del cilindro. En el otro tiempo, el émbolo, al
descender empujado por la fuerza expansiva de los gases de la
combustión, descubre la lumbrera de escape para que salgan
al exterior los gases quemados, cierra la de aspiración
y abre la de admisión. La mezcla nueva que penetra en la
cámara superior del cilindro empuja los gases quemados
hacia su salida. Después se repite el ciclo y así
sucesivamente.
La energía necesaria para iniciar el movimiento del émbolo,
es decir, para poner en marcha el motor de explosión, se
consigue por medio de un pequeño electromotor, llamado
motor de arranque, alimentado por una batería de acumuladores,
cuya acción cesa cuando el motor de explosión comienza
a funcionar. La abertura y cierre de las válvulas del cilindro
y la producción de la chispa eléctrica por la bujía
se obtienen por medio de mecanismos sincronizados con el cigüeñal.
Como el calor originado por las sucesivas explosiones y combustiones
calentaría excesivamente el cilindro, se lo refrigera mediante
dispositivos especiales.