REPUBLICA DE CHILEUNIVERSIDAD DE ANTOFAGASTA

CENTRO DE CARRERAS TÉCNICAS

MOTORES BOXER

INTEGRANTES

MARCELO VARAS TRIGO

PROFESOR

JONATHAN SHEE AGUIRRE

Fecha de entrega Octubre 2014

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN.....................................................................................................3

CAPÍTULO 1 TRANSFORMACIONES DEL FLUIDO OPERANTE Y REQUERIMIENTOS DEL MOTOR..........................................................................4

1.1 Composición del fluido operante....................................................................4

1.2 El aire atmosférico..........................................................................................4

1.3 Eelación estequimétrica..................................................................................4

1.4 La disociación.................................................................................................4

1.5 Calor total desarrollado en la combustión y tonalidad térmica.......................5

1.6 Formación de la mezcla aire-combustible......................................................5

1.7 Requerimientos del motor de encendido por chispa.......................................5

1.8 Requerimientos del motor de encendido por compresión..............................5

CAPITULO 2 CÁLCULO DE LA POTENCIA - RENDIMIENTOS – BALANCE TÉRMICO.................................................................................................................7

2.1 Potencia indicada...........................................................................................7

2.2 Potencia efectiva o potencia de freno.............................................................7

2.3 Potencia absorbida por las resistencias pasivas y rendimiento mecánico.....7

2.4 Presión media efectiva...................................................................................8

2.5 Rendimientos..................................................................................................8

2.6 Balance térmico..............................................................................................9

CAPITULO 3 REGULACIÓN DE LA REFRIGERACIÓN.......................................11

3.1 Sistema de refrigeración del motor...............................................................11

3.2 Partes del motor...........................................................................................11

3.3 Refrigeración por líquidos.............................................................................12

3.3.1 Sistemas usados.......................................................................................12

3.3.2 Circulación forzada....................................................................................12

3.3.3 Circulación por termosifón.........................................................................13

3.4 Refrigeración por aire...................................................................................14

3.5 Regulación de la refrigeración......................................................................15

METODOLOGÍA.....................................................................................................16

CONCLUSIÓN.......................................................................................................18

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GLOSARIO............................................................................................................19

INTRODUCCIÓN

Los motores bóxer tiene su nombre, ya que cada pareja de pistones se mueve simultáneamente dentro y fuera y no alternativamente. Los bóxer de hasta ocho cilindros han demostrado un gran éxito tanto en automóviles como en motocicletas, y siguen siendo populares para los aviones ligeros.

Uno de los beneficios de la utilización de un bóxer frente a un motor en V es que el diseño proporciona un buen equilibrio porque cada impulso del pistón es contrarrestado por el correspondiente movimiento del pistón del lado opuesto. Los Bóxers son uno de sólo tres cilindros que tienen un diseño natural del equilibrio dinámico, los otros dos son el 6 y el 12 cilindros en V. Estos motores pueden funcionar sin problemas y libre de fuerzas de desequilibrio con un ciclo de cuatro tiempos y no requieren de un eje de equilibrio o contrapesos en el cigüeñal para equilibrar el peso de las piezas, que son necesarios en otras configuraciones del motor

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RESEÑA HISTORICA

La configuración bóxer (con cilindros horizontales y opuestos) no es algo nuevo en la automoción (Karl Benz ya patentó un diseño así en 1896) y diversos fabricantes (VW, Porsche, Ferrari, BMW, la propia Subaru, etc) llevan muchos años con esta disposición de motores, más compactos y que posibilitan un centro de gravedad más bajo y menores vibraciones que uno en V o en línea, respectivamente. También su uso está muy extendido en el campo de la aviación comercial y maquinaria pesada. Pero el uso de combustible diesel en motores ligeros -para coches- si es una novedad y la japonesa Subaru ha hecho historia al llevar a la serie esta iniciativa, vislumbrada a principios de los años 50 por Ferdinand Porsche para el VW Escarabajo pero que no pasó del banco de pruebas.

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CARACTERISTICAS TECNICAS MOTOR BOXER

Los motores planos o boxer son más cortos que los motores en línea, y tienen un menor centro de gravedad comun que en cualquier otra configuración. Automóviles y motocicletas alimentados por un motor plano en general, tienen un menor centro de gravedad, dando una mejor estabilidad y control. Debido a esto, suelen tener una altura menor. Estos motores, sin embargo, son algo más que tradicionales y son más caros de producir.Como inconveniente, a gran anchura de estos motores puede causar problemas en el montaje del motor.

La configuración también mejora la refrigeración por aire en los motores de aeronaves asi como en diseños como en el Volkswagen Tipo 1, el Porsche 356 y 912. El Chevrolet Corvair utiliza un bóxer de 6 cilindros, una rareza en Estados Unidos. Tanto los antiguos y como los nuevos modelos de Porsche 911 utilizan motores bóxer de 6 cilindros, en los modelos hasta 1998 (Porsche 993), éstos eran enfriados por aire, sin embargo, a partir de 1998 (Porsche 996), sus motores están refrigerados por agua.

Situados en la parte frontal y refrigerados por aire son utilizados por Citroen en su modelo 2CV y sus derivados, mientras que los Citroen GS/GSA, y Citroen Oltcit/Axel utilizaron un bóxer de 4 cilindros. Igualmente un motor bóxer de 6 cilindros fue propuesto para el Citroen DS, sin embargo, esta propuesta fue rechazada. BMW utiliza uno refrigerado por aire en sus motocicletas.

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Figura Nº 1: Motor bóxer de un Volkswagen

RENDIMIENTO TOTAL:

Relación entre el trabajo util en el eje del motor y equivalente a la energía calórica

del combustible consumido.

RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO:

Relación entre el peso del aire efectivamente introducido por ciclo en el cilindro y el

peso de una carga completa, es decir, el volumen del aire igual al volumen del

cilindro en condiciones atmosféricas de 15°C y 760 mm de Hg (milímetros de

mercurio.).

2.6 BALANCE TÉRMICO

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Solo una pequeña parte de la energía calorífica del combustible quemado en un

motor se transmite en forma de energía mecánica. El resto se disipa en tres formas:

1. Agua de refrigeración por medio del radiador.

2. Gases de escape que salen a elevada temperatura.

3. Las mismas partes del motor que trasmiten el resto del aire por radiación.

Figura N°1: Flujo térmico de un motor refrigerado por agua.

Corresponde La cantidad de calor equivalente al trabajo efectuado para vencer las

resistencias pasivas, es decir, absorbido a través de tres principales vías de

dispersión. La valoración del tanto por ciento de calor perdido se efectua en salas de

prueba con métodos simples y en relación a los resultados obtenidos se registra el

balance térmico.

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Figura N°2: Balance térmico de un motor de un automóvil con características

medias.

CAPITULO 3 REGULACIÓN DE LA REFRIGERACIÓN

3.1 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL MOTOR

Consiste en producir un enfriamiento suficiente, pero no excesivo. En los motores de

carburación si la temperatura no alcanza un cierto valor, el combustible no se

evapora y la mezcla no es homogénea.

Durante la combustión el fluido del motor alcanza temperaturas comprendidas entre

1700°C y 2500°C. Una parte de calor producido por la combustión es transmitida a la

pared del cilindro, al pistón, a la culata y a las válvulas. Si estas partes no se

encuentran refrigeradas adecuadamente pueden alcanzar temperaturas tan altas

como para producir daños hasta el punto de impedir el funcionamiento del motor.

3.2 PARTES DEL MOTOR

PARED DEL CILINDRO:

La temperatura aconsejable para la pared interior es entre 150°C y 200°C. Si

sobrepasa estas temperaturas puede producirse cambios químicos y físicos de

aceite y como consecuencia sufrir desgastes anormales del cilindro, del pistón y la

excesiva formación de depósitos de carbonosos empastamientos de los aros

elásticos y agripamiento.

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PISTÓN:

La temperatura en el punto más caliente es decir, en el centro de la cabeza del

pistón puede alcanzar 300°C. La refrigeración en la mayor parte de los casos se

produce por conducción de calor a la pared del cilindro y de esta al fluido

refrigerante. El recalentamiento excesivo del pistón reduce su resistencia mecánica.

PARED DE LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN:

La temperatura sobre la superficie interior en las zonas más calientes es de 250°C.,

dentro de este límite se consigue asegurar una eficaz extracción de calor a los

asientos de las válvulas y de la bujía y con un correcto desarrollo térmico del motor.

Es importante obtener una cierta uniformidad de temperatura para evitar puntos

calientes que pueden dar lugar a anomalías de funcionamiento. (pre encendido y

detonación)

VÁLVULA DE ESCAPE:

La temperatura máxima admisible es de 700°C a 750 °C a temperaturas superiores

la resistencia mecánica y corrosión se reduce de manera considerables la

refrigeración se produce unicamente por conducción desde la válvula al asiento y a

la guía y de estos al refrigerante, no hay problemas en la válvula de admisión

porque esta refrigerada por la mezcla o el aire que entra.

3.3 REFRIGERACIÓN POR LÍQUIDOS

3.3.1SISTEMAS USADOS

El más usado tradicionalmente es por agua. En los vehículos y aviones se utiliza una

mezcla compuesta por agua y un producto anticongelante esto para evitar puntos de

congelación.

El líquido entra generalmente por la parte baja del cilindro y debe salir por la parte

más alta para evitar que se pueda formar o retener vapor en algunas zonas por lo

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que quedarían mal refrigeradas. El agua usada para la refrigeración puede ser

consumida o bien parcialmente o total recuperada segun las condiciones de uso

como la disponibilidad o tipo de instalación del motor.

3.3.2 CIRCULACIÓN FORZADA

Este es el sistema más generalizado de refrigeración. En los vehículos la

refrigeración del líquido se efectuará normalmente de modo que el salto de la

temperatura del agua a través del radiador, es decir, la diferencia de temperatura de

entrada y de temperatura de salida no supere los 5°C a 10°C, mantener las

temperaturas entre estos grados es ventajoso para el sistema de refrigeración por

circulación forzada.

Figura N°3: Refrigeración con agua con circulación forzada.

3.3.3 CIRCULACIÓN POR TERMOSIFÓN

La circulación por termosifón el movimiento del agua es producido por las diferencias

entre las densidades que el agua asume en las diferentes zonas del circuito de

refrigeración.

La diferencia de temperatura entre la entrada y salida es de 40°K.

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La circulación por termosifón es levemente autorreguladora, el caudal aumenta al

aumentar la temperatura de las paredes del cilindro y tiene como ventaja que puede

continuar aun por cierto tiempo aun cuando el motor se ha detenido.

Este sistema es sencillo y económico, pero que no puede ser siempre adoptado a

causa de las grandes dimensiones de su conjunto radiante.

Figura N°4: Refrigeración por termosifón.

3.4 REFRIGERACIÓN POR AIRE

En este caso el aire extrae el calor directamente de las paredes del cilindro de la

culata. El coeficiente de transmisión del calor entre aire y paredes es muy inferior al

coeficiente de transmisión entre agua y paredes, en una relación de más o menos 1

a 100. En la refrigeración por aire es necesario adoptar superficies de transmisión

muy superiores, por esto se pone aletas a las paredes externas del cilindro.

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En algunos casos como motocicletas y aviones esta ventilación está asegurada por

la velocidad del vehículo y en otros casos es necesario producir artificialmente

mediante ventilador. Para mayor transmisión del calor, los cilindros pueden

rodearse con deflectores diseñados de modo que subdividan y conduzcan

convenientemente el aire, obligándolo a pasar entre las aletas para aumentar su

velocidad y turbulencia.

Figura N°5: Refrigeración por circulación de aire (Franklin.).

3.5 REGULACIÓN DE LA REFRIGERACIÓN

En el motor es necesario mantener las temperaturas máximas dentro de valores

determinados en sus diferentes componentes, pero, también es necesario evitar que

las temperaturas desciendan bajo ciertos valores mínimos.

Con el motor frío una parte del carburante no se evapora por lo cual la mezcla es

defectuosa y el motor no funciona con regularidad. Por otra parte el carburante que

no se evapora se deposita en las paredes del cilindro, diluye el aceite y favorece el

fenómeno de corrosión, los gases se filtran entre los aros del pistón y al hallar en el

cárter un ambiente frío se condensan y adquieren una gran agresividad química.

Cuando el motor funciona frío todas sus partes están sujetas a corrosiones, fuertes

desgastes y a la formación de sedimentos que se depositan en el cárter y en sus

conductos. Por estas razones en la fase de arranque y de calentamiento el motor

debe llevarse a la temperatura de un régimen a un menor tiempo posible

manteniéndola dentro de unos límites aceptables para su funcionamiento.

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Para conseguir la refrigeración y temperatura aceptable se insertan el sistema de

regulación termostática en el circuito de refrigeración los que tienen la misión de

limitar o impedir la refrigeración hasta que el motor alcance el régimen de

temperatura deseado y de regular el caudal del fluido para mantener las

temperaturas del régimen.

METODOLOGÍA

En los motores de encendido por chispa le mezcla de aire y combustible se prepara

en el carburador y luego es conducido el cilindro.

La proporción en volumenes es 21% de oxígeno y 79% de nitrógeno y otros gases.

Los combustibles más usados en los motores endotérmicos son mezclas de

hidrocarburos compuestos esencialmente de carbono y de hidrogeno. La

concentración de los elementos constitutivos del combustible.

El calor que se produce durante la combustión puede calcularse como suma de las

cantidades de calor, hemos descrito como y en qué proporción se combinan los

combustibles con el aire. La relación aire-combustible requerida por el motor se

altera, dentro de cierta medida, el variar el régimen de funcionamiento, el motor de

encendido por compresión del de encendido por chispa desde el punto de vista de

la formación de la mezcla son:

Carencia de la mariposa de aspiración; formación de la mezcla aire-combustible en

la misma cámara de combustión en lugar del carburador.

Es muy importante mantener el motor entre las temperaturas máximas

comprendidas entre 1700°C y 2500°C. La refrigeración debe mantener al motor a los

límites adecuados, no deben recalentarse, ni tampoco de producir un enfriamiento

excesivo. Si se sobrepasan las temperaturas máximas pueden sufrir anomalías en el

funcionamiento del motor, si las temperaturas bajan excesivamente el combustible

no alcanza a evaporarse, la mezcla no es homogénea por lo que la combustión no

es regular, además que a baja temperatura el aceite es más viscoso y el roce es

mayor produciendo fuertes desgastes.

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La refrigeración por agua y anticongelante extraen el calor del motor, si estos se

elevan mucho se aplica el sistema de termostato, este se abre y el fluido pasa por el

radiador y el ventilador ayuda a enfriar el fluido más rápido. La refrigeración por aire

es necesario adoptar superficies de transmisión muy superiores por lo que se utilizan

aletas externas en el cilindro para ayudar a mantener la temperatura adecuada.

Es necesario mantener la temperatura del motor en determinados valores, hay que

evitar que estas se eleven o desciendan a bajo valores mínimos, por que la mezcla

puede resultar defectuosa y el motor no funcione con regularidad.

Cuando el motor funciona frio todas las partes están sujetas a corrosiones, fuertes

desgastes y la formación de sedimentos en el cárter y los conductos.

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CONCLUSIÓN

El sistema de encendido se encarga principalmente de aportar la energía que

necesita el motor de combustión para mantener los ciclos que describe por sí

mismo.

Los motores de combustión describen ciclos de cuatro fases: admisión, compresión,

combustión y escape; pero dicho motor unicamente entrega energía térmica y la

transforma en energía mecánica en la fase de combustión.

Es muy importante la refrigeración en el motor ya que ella permite que tenga un

buen funcionamiento, si las partes no están adecuadamente refrigeradas estas

pueden alcanzar temperaturas muy altas que pueden generar anomalías, desgastes

o corrosiones que pueden dar lugar al mal funcionamiento del motor.

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GLOSARIO

RADIACIÓN:

Emisión de energía o de partículas que producen algunos cuerpos y que se propaga

a través del espacio.

PISTÓN:

Elementos básicos del motor de combustión interna. 

MOTOR:

parte sistemática de una máquina capaz de hacer funcionar el sistema,

transformando algun tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.),

en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es

una fuerza que produce el movimiento.

AUTOMÓVIL:

Vehículo automóvil de cuatro o más ruedas para circular por tierra, que se dirige

mediante un volante, está destinado al transporte de personas y tiene capacidad

para un máximo de nueve plazas.

RENDIMIENTO:

Es el cociente entre la potencia util que generan y la potencia absorbida.

Habitualmente se representa con la letra griega η.

POTENCIA:

Es el trabajo que el motor es capaz de realizar en la unidad de tiempo a una

determinada velocidad de giro. Se mide normalmente en caballos de vapor (CV),

siendo 1 CV igual a 736 vatios.

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