TEMA : MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA DE CUATRO TIEMPOS

 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL UNIVERSIDAD NACIONAL DEL

CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y

RECURSOS NATURALES

  

Los motores de combustión interna son los que usan comúnmente en los automóviles. Pueden ser de encendido por chispa o encendido por compresión, los cuales presentan una estructura similar .

En el presente trabajo estudiaremos los motores de combustión interna en especial de cuatro tiempos en (motores Otto y Diesel) son los motores más utilizados hoy en día y se darán los conceptos básicos para entender el funcionamiento del motor de cuatro tiempos ,los impactos ambientales que pueden causar su uso y las alternativas de solución que se pueden dar para contra restar este impacto.

INTRODUCCIÓN

Estudiar el proceso de combustión en un motor de combustión interna

Conocer los diferentes tipos de Motores de Combustión Interna

Evaluar el impacto ambiental e identificar las alternativas de solución que causa el uso de un motor de combustión interna

OBJETIVOS

MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA:

Es una maquina que obtiene energía mecánica a partir de la energía calorífica

Producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión.

TIPOS DE MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNO :

EL MOTOR DE EXPLOSIÓN

CICLO OTTO:

-Utiliza la explosión de un combustible, provocada mediante una chispa.

-Para expandir un gas empujando así un pistón . Hay de dos y cuatro tiempos.

EL MOTOR DIESEL:

- Es un motor en el cual el encendido se produce por una alta temperatura .

-Que posibilita la comprensión del aire al interior del cilindro de este .

EL MOTOR ALTERNATIVO

-Recibe este nombre por tratarse de un movimiento lineal de un pistón que cambia de sentido.-Y porque transforma la energía química contenida en los combustibles , en energía mecánica

LA TURBINA DE GAS

-Es un motor térmico rotativo de combustión interna, donde a partir de la energía aportada por un combustible .-Se produce energía mecánica y se genera una importante cantidad de calor en forma de gases calientes y con un alto porcentaje de oxígeno.

PRINCIPIOS BÁSICOS MOTORES DE COMBUSTIÓN

INTERNA MOTORES DE 4 TIEMPOS

• Ciclo otto • Ciclo Wankel

PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS Todo combustible tiene una energía interna que puede ser

transformada en trabajo, entonces, en los motores de combustión interna, la energía utilizada para que el motor realice un trabajo es la energía interna del combustible. ◦ Aumento de Presión ◦ Incremento de Temperatura (explosión) ◦ Trabajo (consecuencia)

CICLO TEÓRICO DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA 1 tenemos el proceso de admisión

ya acabado, con una presión inicial (Pa). De 1 a 2 vemos el proceso de compresión donde el supuesto pistón se desplaza para reducir el volumen y aumentar la presión del carburante.

De 2 a 3 es el momento donde ocurre la explosión del gas, el sistema absorbe calor y aumenta la presión y la temperatura del gas. Ese gas a alta presión y temperatura se expande y desplaza el pistón realizando un trabajo útil (3 a 4).

Finalmente de 4 a 1 los gases quemados salen del cilindro dejando a este limpio para volver a empezar el ciclo.

PRINCIPIOS FÍSICOS La fuerza suministrada al

cigüeñal que esta en movimiento realiza un trabajo. El trabajo que realiza el motor por cada vuelta que el cigüeñal da sobre si mismo lo definimos como par motor.

Por tanto, el par motor es proporcional a la fuerza de la explosión, ya que no intervienen las vueltas del cigüeñal por unidad de tiempo.

La potencia es proporcional al par motor y las vueltas que da el cigüeñal por unidad de tiempo (rpm):

Potencia = Par motor x rpm

MOTOR DE 4 TIEMPOSCICLO OTTO 1er tiempo: Admisión: En el momento que el

pistón está en el punto más alto (PMS), la válvula de admisión se abre y el propio pistón por el vacío que se crea dentro del cilindro aspira la mezcla (aire y combustible) hasta llegar al punto más bajo del cilindro (PMI).

2º tiempo: Compresión: Después del ciclo de admisión, el pistón se encuentra en el punto más bajo (PMI), en este momento la válvula de admisión se cierra y el pistón empieza a ascender comprimiendo la mezcla hasta llegar al punto más alto del cilindro (PMS)

3er tiempo: Expansión: Una vez que en la carrera de compresión se ha comprimido la mezcla, la bujía hace saltar una chispa y enciende la mezcla, aumentando la presión en el cilindro y haciendo descender el pistón hacia el punto más bajo (PMI). En esta carrera de expansión es donde se realiza el trabajo útil.

4º tiempo: Escape de gases: Cuando el pistón llega al punto más bajo (PMI), se abre la válvula de escape y el pistón empieza a ascender empujando los gases quemados hacia el exterior. En el momento que llega al punto más alto (PMS) la válvula de escape se cierra.

CICLO DIESEL 1er tiempo: Admisión: En el momento que el

pistón está en el punto más alto (PMS), la válvula de admisión se abre y el pistón aspira aire fresco (a diferencia del ciclo Otto de 4 tiempos) hasta llegar al punto más bajo del cilindro (PMI).

2º tiempo: Compresión: Después del ciclo de admisión, el pistón se encuentra en el punto más bajo (PMI), en este momento la válvula de admisión se cierra y el pistón empieza a ascender comprimiendo el aire hasta llegar al punto más alto del cilindro (PMS)

3er tiempo: Expansión: Una vez que en la carrera de compresión se ha comprimido la mezcla, el inyector se encarga de inyectar el combustible dentro del cilindro. La propia presión del aire enciende la mezcla, aumenta la presión en el cilindro y desciende el pistón hacia el punto más bajo (PMI). En esta carrera de expansión es donde se realiza el trabajo útil.

4º tiempo: Escape de gases: Cuando el pistón llega al punto más bajo (PMI), se abre la válvula de escape y el pistón empieza a ascender empujando los gases quemados hacia el exterior. En el momento que llega al punto más alto (PMS) la válvula de escape se cierra.

MOTOR DE 4 TIEMPOS

MOTOR DE 4 TIEMPOSCICLO OTTO - CICLO DIESEL

ESTRUCTURAEn el motor de combustión interna, tanto en los motores de 2 tiempos y 4 tiempos, la finalidad de cada sistema general de alimentación, distribución, encendido, refrigeración y lubricación es acabar en una de las 3 partes siguientes:

◦ Bloque motor ◦ Culata ◦ Cárter

ESTRUCTURABLOQUE MOTOR

ESTRUCTURACULATA

ESTRUCTURACÁRTER

ESTRUCTURAARQUITECTURA DEL MOTOR

FUNCIONAMIENTO El sistema de encendido es el encargado de

encender la mezcla de aire y de combustible en el momento que se precise. ◦ En caso de los motores de gasolina, la mezcla se

enciende gracias a la bujía que proporciona una chispa lo suficiente potente como para emprender la reacción.

◦ Sin embargo, en los motores diesel no hay ningún sistema mecánico que encienda la mezcla, las propias presiones en el cilindro son lo suficientemente potentes como para encender el combustible.

Avance de encendido En la figura podemos observar como la chispa de la bujía se efectúa

antes de que el pistón llegue al Punto Muerto Superior (PMS). De esta manera la mezcla se empieza a encender parcialmente pero sin producir una fuerza ni una gran presión. En el momento que el pistón llega al PMS, la presión de los gases ahora si que es elevada.

Combustión en los motores Diesel Este combustible reacciona con el aire sin ninguna fuente externa de calor como por ejemplo una bujía, sino que el combustible reacciona con el aire debido a las altas presiones que están sometidos los motores diesel (más de 30 atmósferas).

SISTEMA DE ENCENDIDO EN MOTORES DE EXPLOSIÓN

En el momento que ponemos en contacto la llave de arranque, se cierra el circuito y la batería empieza a entregar un voltaje. Ese voltaje es demasiado bajo (12 voltios) para hacerlo saltar entre los electrodos de las bujías, entonces la bobina con la ayuda del ruptor consigue cambiar ese voltaje bajo (12 voltios) a voltajes muy altos (30000 voltios). Esa corriente de alta tensión generada en la bobina es enviada al delco, donde ahí se encuentra un distribuidor giratorio que reparte la tensión a la bujía correspondiente.

ASPECTO E IMPACTO AMBIENTAL

EMISIÓN DE GASES CONTAMINANTES:

•en los motores Otto(Gasolina) Monóxido de carbono(CO)

•En los motores Diesel (Gasóleo), resultantes de mezclas excesivamente ricas con exceso de combustible y déficit de aire. Partículas sólidas en forma de cenizas y hollín

•resultantes de las altas temperaturas de la combustión Óxidos de nitrógeno (NOx)

•resultantes de la combustión incompleta, Hidrocarburos no quemados (HC),

•Todos estos productos se obtienen a partir del aire y del combustible que ingresa al motor, el aire tiene un 80% de Nitrógeno y un 20% de Oxígeno (aproximadamente). Partículas, plomo y dióxido de azufre (SO2).

Al ser un proceso de Combustión Interna, la reacción que tiene lugar es:

Aire+ Combustible = CO+CO2+HC+H2O+N2+NO

Emisiones vehiculares estimadas (Tn/año) en Lima Metropolitana

Actualmente se ha motivado la sustitución por el R-134a (HCFC) de características técnicas muy similares, pero prácticamente inocuo con la capa de ozono de la atmósfera.

REFRIGERANTES

Focos de ruidos en

un vehículo

El grupo motor

Neumáticos

La carrocería

CONTAMINACIÓN ACÚSTICA

•Estándares Nacionales de Calidad Ambiental para Ruido (DECRETO SUPREMO Nº 085-2003-PCM)

CONSUMO DE ENERGÍA NO RENOVABLE

CONSUMO DE

COMBUSTIBLES FÓSILES

emisión de Gases de Efecto

Invernadero (GEI)

cambio climático.

Agotamiento de materias primas no renovables a corto o mediano

plazo

Los combustibles fósiles no se regeneran fácilmente

la corrosión es una acción química o electroquímica que tiene lugar entre el refrigerante y las superficies de metal y que con el tiempo desgasta las superficies metálicas.  Entre los diferentes tipos de corrosión figura la corrosión electrolítica.

CORROSIÓN

En los motores de combustión interna la electrólisis se genera cuando una corriente eléctrica circula a través del líquido refrigerante en busca de una conexión a tierra.  El flujo de electricidad en un punto determinado causa picaduras. Las picaduras dañan los componentes más que ningún otro tipo de corrosión. 

Se requiere una mezcla de agua y aditivos refrigerantes suplementarios, porque el agua es corrosiva a las temperaturas de funcionamiento del motor.

Se usa agua en la mezcla de refrigerante. Sin embargo, cada fuente de agua tiene diferentes niveles de contaminantes. A una temperatura elevada, estos contaminantes forman ácidos que puede reducir la vida útil del sistema de enfriamiento. La corrosión en un motor, se produce generalmente cuando el pH del líquido refrigerante es inferior a 7. A Un pH muy alto , se pueden dañar las juntas y los componentes de metales más blandos.Por lo tanto, el pH ideal debe de mantenerse siempre entre 8 y 10.

Factores que Influyen en la Corrosión

Propiedades del

Refrigerante:

Si operamos con la temperatura por encima de este rango: 1. Corremos el riesgo de reducir la viscosidad del aceite, disminuyendo la protección al desgaste. 2. Provocamos incremento de fricción entre las piezas móviles.

Si operamos con una temperatura por debajo de este rango: 1. Acumulación de agua en el aceite como residuo de la combustión, causando corrosión, herrumbre, formación de lodos, taponamiento del filtro de aceite y por ende la circulación de aceite “sucio” por el motor. 2. Reducción de la potencia del motor y falta de temperatura para una combustión eficiente.

Variación de la

temperatura :

ALTERNATIVAS DE SOLUCION

Elementos contaminantes que generan los vehículos

Convertidor catalítico

Reducción de Emisiones gaseosas

Un accesorio que se ha incorporado al automóvil para abatir la concentración de algunos contaminantes producto de la combustión.

Convertidor catalítico

Reducción de Emisiones gaseosas

Fallas :Un convertidor comienza a fallar cuando la emisión de contaminantes excede el máximo nivel permitido. Esto ocurre porque el material cerámico en su interior al igual que su estructura metálica empieza a deteriorarse a causa de la corrosión u oxidación.

+ Mantenimiento preventivo

Conducir de forma eficiente

Reducción de Emisiones gaseosas

1. Acelerar y frenar suavemente2. Cuidado con los cambios de marchas3. Apagar el motor4. Atención a las subidas y bajadas5. Respetar los límites de velocidad y la distancia de seguridad

Cultura de mantenimiento vehicular “Lo primero es generar una cultura de mantenimiento vehicular, los propietarios de vehículos y conductores no hacen cambio oportuno de toberas o sistemas de carburación para evitar que sus unidades emitan gases contaminante, Por ejemplo: Revisión de neumáticos :

Una presión correcta de los neumáticos mejora la tasa de consumo de combustible en hasta un 3%. Cada litro de gasolina ahorrado evita la emisión de tres kilos de dióxido de carbono.

Reducción de la contaminación acústica

Instalando silenciadores

Encapsular el motor

Adecuado uso de los frenos

Vehículos alternativos

Reducción de consumo de energía no renovable

Vehículo hibrido Ventajas • Ahorro de combustible (30% en

ciudad)• Mayor eficiencia operativa

mediante el uso de la energía capturada por el frenado regenerativo Operación más limpia, menos emisiones

Desventajas • Tanto los vehículos híbridos como

los eléctricos son tan silenciosos que podrían amenazar la seguridad de los peatones

Vehículos alternativos

Reducción de consumo de energía no renovable

Ventajas • Aumento de la eficiencia

energética (~ 46%) en comparación con los vehículos convencionales (~ 20%)

• Reducción de vibraciones y contaminación acústica

Desventajas • Altos precios todavía• Menos infraestructura para la

recarga de las baterías en viaje

Vehículo eléctrico

Uso de anticorrosivos y refrigerantes

Reducción de corrosión y oxidación

Refrigerante y Anticorrosivo: Son productos hechos a base de aditivos que, tal como su nombre lo dice, ayudan a refrigerar e impedir la corrosión de las piezas. Puedes encontrar varios grados de concentrado, esto quiere decir que el aditivo está más fuerte y cumple mejor su función de acuerdo a lo que andas buscando.

¿CUÁLES SON LOS PRINCIPALES REQUISITOS?

La norma ISO 14001 exige a la empresa crear un plan de manejo ambiental que incluya:

objetivos y metas ambientales políticas y procedimientos para lograr esas metas responsabilidades definidas actividades de capacitación del personal documentación y un sistema para controlar cualquier cambio y avance realizado

La norma ISO 14001 describe el proceso que debe seguir la empresa y le exige respetar las leyes ambientales nacionales. Sin embargo, no establece metas de desempeño específicas de productividad.

VENTAJAS DE LA IMPLEMENTACION DE LA ISO 14001

trata de mejorar la manera en que una empresa reduce su impacto en el medio ambiente, lo que puede crear beneficios internos al mejorar el uso de los recursos (por ejemplo, reduciendo el uso de materia prima y energía, o mejorando el manejo de desechos). 

DESVENTAJAS DE LA CERTIFICACION ISO 14001

La principal limitación con ISO 14001 es que no hay requisitos específicos. Esto quiere decir que una empresa con metas muy ambiciosas y una con metas más modestas, pueden ser certificadas por igual. 

En algunos casos, una certificación ISO 14001 sólo significa que la empresa ha desarrollado un plan de protección ambiental y que está cumpliendo con las leyes nacionales referentes al medio ambiente, mientras que para otras, implica mucho más.

ISO 9001

sistema de gestión ISO 9001 le ayudará a gestionar y controlar de manera continua la calidad en todos los procesos. Como norma de gestión de la calidad de mayor reconocimiento en el mundo,  así como el standard de referencia, describe cómo alcanzar un desempeño y servicio consistentes. 

¿CUÁLES SON LAS VENTAJAS DE LA NORMA ISO 9001 DE GESTIÓN DE CALIDAD?

Le permite convertirse en un competidor más consistente en el mercado

Mejor Gestión de la Calidad que ayuda a satisfacer las necesidades de sus clientes

Métodos más eficaces de trabajo que le ahorrarán tiempo, dinero y recursos

Mejor desempeño operativo que reducirá errores y aumentará los beneficios

Motiva y aumenta el nivel de compromiso del personal a través de procesos internos más eficientes

Aumenta el número de clientes de valor a través de un mejor servicio de atención al cliente

Amplía las oportunidades de negocio demostrando conformidad con las normas 

OHSAS 18001

La norma OHSAS 18001 establece los requisitos mínimos de las mejores prácticas en gestión de Seguridad y Salud en el Trabajo. Trabaje con nosotros para integrar la norma OHSAS 18001 en su empresa y podrá obtener el máximo desempeño para sus empleados, sus operaciones y sus clientes

CUÁLES SON LAS VENTAJAS DE LA NORMA OHSAS 18001?¿

Crear las mejores condiciones de trabajo posibles en toda su organización

Identificar los riesgos y establecer controles para gestionarlos Reducir el número de accidentes laborales y bajas por

enfermedad para disminuir los costes y tiempos de inactividad ligados a ellos

Comprometer y motivar al personal con unas condiciones laborales mejores y más seguras

Demostrar la conformidad a clientes y proveedores 

Y si la Seguridad Vial relacionado con el trabajo constituye una preocupación, la norma OHSAS 18001 puede combinarse fácilmente con la norma ISO 39001: Seguridad Vial para asegurarse

NORMATIVA APLICADA AL CONTROL DE EMISIONES Y

CALIDAD DE COMBUSTIBLES

El principio de la Armonización de la calidad de los combustibles con las Normas de Emisiones debe ser defendido en forma gremial. La NTP de gasolina (en

proceso de revisión) y de diesel deben elaborarse con un criterio que proteja la salud y el medio ambiente;

asimismo, deben guardar relación con las normas de emisiones de los vehículos con tecnología moderna a ser importados en el futuro cercano. La modernización de las

refinerías debe tener como objetivo la producción de combustibles que reúnan éstas condiciones.

ConclusionesSe puede observar que es una realidad que los motores de combustión interna son máquinas viejas que fueron evolucionando con nuevas mejoras que dieron paso a motores más modernos con un mejor funcionamiento y rendimiento dentro del campo automotriz. Esto ayuda a generar nuevas tecnologías en el campo para producir energía mediante recursos renovables y no contaminantes para el medio ambiente.

La combustión es un proceso de oxidación rápida de una sustancia, acompañado de un aumento de calor y frecuentemente de luz. Los procesos de combustión liberan energía, casi siempre en forma de calor.

El motor de combustión interna obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión. Cada motor actúa de manera diferente a los otros tanto es así que tienen diferentes ciclos de trabajo que los hace más eficientes y con un mejor rendimiento unos a otros.

Los motores de combustión interna que mayor contaminación del medio ambiente provocan son los motores a gasolina.

Siempre se debe seguir las prácticas de seguridad en lo que respecta al uso de herramientas, procedimientos de desensamble y ensamble, uso de solventes, manejo de combustible, condiciones de los sistemas eléctricos y utilización de vestimenta adecuada para la realización de todas las labores.

Realizar una verificación de las especificaciones a todos los componentes recibidos, tanto de su suplidor de refacciones como del taller de mecanización. Esto permitirá comprobar que estos cumplan con las especificaciones de ensamble, además de detectar problemas antes de la instalación de los componentes. Limpie adecuadamente todos estos componentes y colóquelos en el lugar de ensamble del motor.

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