¿Qué es un motor de combustión interna y cómo funciona?

¿Qué es el motor de combustión interna?

Un motor de combustión interna (ICE) es un motor térmico en el que la combustión de un combustible con un oxidante (generalmente aire) se produce en una cámara de combustión que es una parte integral del circuito de flujo de fluido de trabajo.

En un motor de combustión interna, la expansión de los gases de alta temperatura y alta presión producidos por la combustión ejerce una fuerza directa sobre algunos componentes del motor. La fuerza se aplica típicamente a pistones, palas de turbina, un rotor o una boquilla.

Esta fuerza mueve el componente a una distancia, convierte la energía química en energía cinética utilizable, y se usa para conducir, mover o propulsar lo que sea que el motor esté conectado. Esto reemplaza el motor de combustión externa para aplicaciones en las que el peso o el tamaño del motor es importante.

El término motor de combustión interna generalmente se refiere a un motor en el que la combustión es intermitente, como los motores de pistón de cuatro y dos tiempos más populares, junto con variantes como el motor de pistón de seis tiempos y el motor rotativo Wankel.

La segunda clase de motores de combustión interna utiliza combustión continua: turbinas de gas, motores a reacción y la mayoría de los motores de cohetes, cada uno de los cuales es un motor de combustión interna en el mismo principio que se describió anteriormente. Las armas de fuego también son una forma de motor de combustión interna, aunque son tan especializadas que generalmente se tratan como una categoría separada.

En cambio, en los motores de combustión externa, como los motores de vapor o Stirling, la energía se emite a un fluido de trabajo que no consiste en productos de combustión, se mezcla con ellos o está contaminado por ellos. Los fluidos de trabajo para motores de combustión externa incluyen aire, agua caliente, agua a presión o incluso sodio líquido que se calienta en una caldera.

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Los CIEM suelen funcionar con combustibles de alto contenido energético, como la gasolina o el diesel, fluidos hechos de combustibles fósiles. Si bien hay muchas aplicaciones estacionarias, la mayoría de los CIEM se utilizan en aplicaciones móviles y son la fuente de alimentación dominante para vehículos como automóviles, aviones y barcos.

¿Quién inventó el Motor de Combustión Interna?

En 1823, Samuel Brown patentó el primer motor de combustión interna que se aplicó industrialmente en los Estados Unidos; uno de sus motores bombeaba agua en el Canal de Croydon de 1830 a 1836.

El primer motor de combustión interna de éxito comercial fue creado por Étienne Lenoir alrededor de 1860 y el primer motor de combustión interna moderno fue creado en 1876 por Nicolaus Otto. En 1872, el estadounidense George Brayton inventó el primer motor de combustión interna comercial de combustible líquido.

Étienne Lenoir nació en Mussy-la-Ville en 1822, que entonces estaba en Luxemburgo, pero ahora es parte de Bélgica. A principios de la década de 1850, emigró a París, Francia, donde trabajó como ingeniero y experimentó con la electricidad.

En 1860 patentó un motor de combustión interna de gas de un solo cilindro, que montó en un carro de tres ruedas. Aunque funcionaba razonablemente bien, no era eficiente en combustible, hacía mucho ruido y con frecuencia se sobrecalentaba. El motor se apagaba por completo si no se suministraba agua para enfriarlo, y se requería un tanque para contener el combustible gaseoso.

En 1863 construyó un carro de tres ruedas que funcionaba con gasolina. Durante una manifestación en París, el coche recorrió una distancia de 11 km en unas 3 horas, lo que corresponde a una velocidad media de 3 km / h.

¡No demasiado rápido! ¿Qué tiene de impresionante un carruaje que moverse tan lentamente? Bueno, el hecho de que fuera impulsado por un motor, en lugar de un caballo o una mula, lo convirtió en una verdadera innovación. Sus motores fueron relativamente exitosos con un total de alrededor de 500 motores construidos, pero dejaron espacio libre para muchas mejoras.

Lenoir se convirtió en ciudadano francés en 1870 por ayudar a los franceses durante la Guerra Franco-prusiana. En 1881 recibió la Legión de honor, un premio a la excelencia, por sus avances en telegrafía. Aunque Lenoir prácticamente inventó el automóvil, Lenoir fue indigente en sus últimos años. Murió en Francia en 1900.

¿Cómo funciona un motor de combustión interna?

En un motor de combustión interna (ICE), la ignición y la combustión del combustible se producen dentro del propio motor. La combustión, también conocida como combustión, es el proceso químico básico para liberar energía de una mezcla de combustible y aire. El motor luego convierte parte de la energía de la combustión en trabajo.

El motor consiste en un cilindro fijo y un pistón móvil. Los gases de combustión en expansión empujan el pistón, que a su vez gira el cigüeñal. Después de que el pistón comprime la mezcla de combustible y aire, la chispa la enciende, causando combustión. La expansión de los gases de combustión empuja el pistón durante la carrera.

En última instancia, a través de un sistema de engranajes en el tren motriz, este movimiento impulsa las ruedas del vehículo.

Actualmente se están produciendo dos tipos de motores de combustión interna: el motor de gasolina de encendido por chispa y el motor diesel de encendido por compresión. La mayoría de ellos son de cuatro tiempos, lo que significa que se necesitan cuatro tiempos de pistón para completar un ciclo. El ciclo comprende cuatro procesos diferentes: admisión, compresión, combustión y carrera de potencia, y escape.

Los motores diésel de encendido por chispa y de encendido por compresión difieren en la forma en que suministran y encienden el combustible. En un motor de encendido por chispa, el combustible se mezcla con aire y luego se aspira al cilindro durante el proceso de admisión. Después de que el pistón comprime la mezcla de combustible y aire, la chispa la enciende y provoca la combustión.

La expansión de los gases de combustión empuja el pistón durante la carrera de potencia. En un motor diesel, el aire se introduce en el motor y luego se comprime. Los motores diesel luego rocían el combustible en una cantidad medida adecuada en el aire comprimido caliente, que lo enciende.

Las aplicaciones de los motores de combustión interna

Los motores de combustión interna son los dispositivos de generación de energía de aplicación y uso más amplio que existen actualmente. Los ejemplos incluyen motores de gasolina, motores diesel, motores de turbina de gas y sistemas de propulsión de cohetes.

El motor IC tiene muchas aplicaciones como,

• Motores de gasolina: Automóviles, Marinos, Aviones
• Motores de gas: Potencia Industrial
• Motores diesel: Automóviles, Ferrocarriles, Potencia, Marinos
• Turbinas de gas: Potencia, Aviones, Industriales, Marinos

Clasificación de motores de combustión interna

Actualmente hay dos tipos de motores de combustión interna en producción: el motor de gasolina de encendido por chispa y el diesel de encendido por compresión motor. La mayoría de estos son motores de ciclo de cuatro tiempos, lo que significa que se necesitan cuatro carreras de pistón para completar un ciclo.

Los motores de circuitos integrados pueden clasificarse en función del combustible utilizado, el ciclo termodinámico, el tipo de encendido, el tipo de sistema de refrigeración, la disposición de los cilindros, el método de carga, etc. Ahora lo estudiamos en detalle.

1) De acuerdo con el Ciclo de Operación:

Sabemos que los motores IC convierten la energía química en energía mecánica en operación cíclica. Hay muchos ciclos termodinámicos, por ejemplo, Ciclo Carnot, Ciclo Otto, Ciclo Diesel, ciclo Rankine, etc. Los motores IC funcionan en tres ciclos, ciclo Otto y ciclo Diésel, y en el ciclo Dual. De acuerdo con esto, los motores IC se pueden clasificar en los siguientes tipos.

1. Motor de ciclo Otto:

También se conoce como motor de encendido por chispa o motor de adición de calor de volumen constante, motor de gasolina, etc. En este ciclo, la adición de calor (combustión de combustible) y el rechazo (escape) tienen lugar a volumen constante y la expansión y compresión tienen lugar en isentrópico. Estos motores dan baja potencia a alta velocidad.

2. Motor de ciclo diesel

Esto se conoce como motor de encendido por compresión, motor diesel,motor de presión constante, etc. En este ciclo, la adición de calor (quema de combustible) tiene lugar a presión constante y el rechazo de calor tiene lugar a volumen constante. Este motor da alta potencia a baja velocidad.

3. Motor de ciclo de duelo:

El ciclo dual es una combinación del ciclo Otto y el ciclo diesel. En este motor, la adición de calor se lleva a cabo tanto a volumen constante como a presión constante en alguna proporción.

Algunos motores funcionan en los ciclos Stirling y Ericsson, pero no se utilizan comercialmente.

2) Según el Tipo de Combustible Utilizado:

La mayoría de nosotros conocemos estos motores. Estos son motores de gasolina y motores diesel. Hoy en día, combustibles gaseosos como GLP, GNC, hidrógeno, etc. también se utiliza en motores IC. Estos motores se denominan motores no tradicionales.

3) De acuerdo con el Método de carga:

La carga significa cómo se produce la admisión de la mezcla de combustible y aire. Esto se puede clasificar de la siguiente manera.

1. Motor aspirado natural:

En este motor, la admisión de la mezcla aire-combustible (motor SI) o aire solo (motor CI) se produce debido a la diferencia de presión dentro del cilindro y la presión atmosférica.

2. Motores sobrealimentados:

En este motor, se utiliza un compresor separado para la admisión de carga dentro del cilindro. Este compresor funciona con la potencia del motor (conectado con el cigüeñal con transmisión por correa).

3. Motor turboalimentado:

Este motor utiliza una turbina que absorbe aire en el cilindro y funciona utilizando la potencia de los gases de escape. También es como una supercarga, pero el compresor funciona con una turbina que gira con gases de escape.

4) De acuerdo con el encendido:

En el motor IC, el encendido de la carga puede tener lugar de dos maneras. En el primero, se utiliza una bujía separada o cualquier otro dispositivo para encender el combustible (Motor de encendido por chispa) y el otro se enciende por combustible debido al calor generado durante la compresión o el combustible (Motor de encendido por compresión).

Por lo tanto, de acuerdo con estos métodos, hay dos motores disponibles: motor de encendido por chispa o motor SI (Motor de gasolina) y motor de encendido por compresión o motor CI (Motor diesel).

5) De acuerdo con un tipo de Sistema de encendido:

En motores de gasolina, usamos una bujía para encender el combustible. Esta chispa en la bujía, producida por un sistema de encendido. Según el sistema de encendido, hay dos tipos de motores. El primero es el motor de encendido por batería (use una batería para generar chispas) y el otro es un motor de encendido por magneto (use un pequeño generador para generar chispas).

6) Según el diseño del motor:

1. Motor Alternativo:

En este tipo de motor, se utiliza un pistón que se mueve en movimiento alternativo mediante el uso de la fuerza de presión generada por la quema de combustible. El cigüeñal convierte este movimiento alternativo en movimiento giratorio. La mayoría de los motores de automóviles son de tipo alternativo.

Leer más: ¿Qué es el Motor alternativo?

2. Motor rotativo:

En un motor rotativo, se utiliza un rotor. La fuerza de presión generada por la quema de combustible se ejerce sobre este rotor, que gira aún más la rueda. El motor Wankel es un tipo de motor rotativo. Estos motores no se utilizan actualmente en motores de automóviles.

7) De acuerdo con la refrigeración:

Se utilizan dos tipos de refrigeración en motores IC, refrigeración por aire y refrigeración por agua. Por lo tanto, los motores son motores refrigerados por aire o motores refrigerados por agua. Ambos sistemas de refrigeración tienen sus propias ventajas, de las que hablaremos más adelante. El aceite de motor también sirve como medio de refrigeración.

8) De acuerdo con la carrera del motor:

Sabemos que la carrera es la distancia máxima que un pistón puede recorrer dentro de un cilindro o entre TDC y BDC. Si un motor se mueve de TDC a BDC, se llama un solo golpe. Si vuelve a BDC se llama dos trazos. Un cigüeñal hace una rotación en dos tiempos. Según él, se han inventado tres tipos de motores.

1. Motor de dos tiempos:

En este motor, el cigüeñal hace una rotación en una carrera de potencia. Este motor da más potencia en comparación con otros. Se utiliza en tiradores, barcos, generadores, etc.

Leer más: ¿Qué es el motor de dos tiempos? ¿y qué es un motor de cuatro tiempos?

2. Motores de cuatro tiempos:

Este motor da dos rotaciones del cigüeñal en una carrera de potencia. Dan baja potencia pero alta eficiencia. Se utiliza en automóviles, camiones, bicicletas, etc.

3. Motores de seis tiempos:

Estos motores están en proceso de desarrollo. Como su nombre lo indica, dará tres cigüeñales de rotación en una carrera de potencia.

9) De acuerdo con la disposición del motor:

Estos motores se pueden entender mejor mediante diagramas en comparación con palabras.

Preguntas frecuentes.