Motor alternativo

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Un motor alternativo, también a menudo conocido como motor de pistón, es un motor que utiliza el movimiento alternativo de uno o más pistones para convertir la presión en un fluido en trabajo, generalmente en forma de movimiento de rotación. La contraposición son las máquinas rotativas en que el movimiento de las piezas de la máquina ya es de rotación como las turbinas o el motor Wankel.

Este tipo de motor no tiene porque ser exclusivamente un motor térmico. En este artículo se describen las características comunes de todos los tipos. Los principales tipos térmicos son: el motor de combustión interna, que se utiliza ampliamente en vehículos de motor, la máquina de vapor, el pilar de la Revolución Industrial, y el motor Stirling de usos más específicos. Como motor no térmico tenemos los cilindros hidráulicos y los motores hidráulicos de cilindros.

En los motores la energía de fluido disminuye y se transforma en energía mecánica. La máquina alternativo opuesta son los generadores alternativos, en la que se transfiere la energía al fluido. Si se trata de fluidos compresibles hablamos de compresores y si son incompresibles de bombas.

Características comunes[editar]

La configuración genérica es un cilindro donde dentro hay un pistón, a veces dos. Si hay sólo un cilindro un extremo del cilindro está cerrado, si existen dos pistones cada uno cierra un extremo. En el cilindro se introduce el fluido de trabajo, generalmente aire o vapor de agua. Se puede introducir bajo presión y caliente (por ejemplo, la máquina de vapor), o se calienta y comprime en el interior del cilindro, ya sea por la ignición de una mezcla de aire y combustible (motor de combustión interna) o por contacto con un intercambiador de calor caliente en el cilindro (motor Stirling). Los gases calientes y a presión se expanden, empujando el pistón hacia la parte inferior del cilindro. El pistón se devuelve a la parte superior del cilindro (punto muerto superior) por un volante de inercia, o la potencia de otros pistones conectados al mismo eje o, en algunos diseños, el pistón puede ser accionado por ambas lados, en cuyo caso se dice que es de doble efecto. En los motores con dos pistones por cilindro estos vuelven al centro. Dentro de este tipo existe una variante que emplea aire comprimido para desplazar los pistones motor de pistón libre

En la mayoría de los tipos los gases expandidos o "agotados" se eliminan del cilindro por esta carrera, aunque en algunas máquinas de vapor se condensa y se vuelve a enviar a la caldera. Algunos tipos de motor de Stirling, no expulsan nada sino que calienta y enfría repetidamente la misma cantidad de gas sellada. En los que emplean fluidos incompresibles generalmente el fluido trabaja en circuito cerrado y se vuelve a enviar a la bomba.

En la mayoría de los tipos, el movimiento lineal del pistón se convierte en movimiento de rotación a través de una biela y un cigüeñal o por un plato oscilante, empleado bastante en los motores hidráulicos, u otro mecanismo adecuado. Pero en los martillos mecánicos no se transforma a movimiento circular sino que se emplea el lineal alternativo directamente. A menudo se utiliza un volante de inercia para asegurar una rotación suave o para almacenar energía para llevar el motor a través de una parte del ciclo sin potencia. Los motores alternativos de más cilindros, en general, funciona más libre de vibraciones (suavemente). La potencia de un motor alternativo es proporcional al volumen de desplazamiento de los pistones combinados.

Debe existir algún tipo de sellado entre el pistón deslizante y las paredes del cilindro de manera que el gas a alta presión sobre el pistón no se escape y reduzca la eficiencia del motor. Este sellado lo proporciona generalmente uno o más anillos de pistón. Estos son los anillos hechos de un metal duro, e introducidos en una ranura circular en la cabeza del pistón. Los anillos de ajustarse estrechamente en la ranura y presionar contra la pared del cilindro para formar una junta. Generalmente existen varios anillos y cada uno realiza una función.

Los cilindros pueden estar alineados en línea, en una configuración de V, horizontalmente opuesto uno al otro, o radialmente alrededor del cigüeñal. En los motores con los pistones opuestos existen dos pistones de trabajo en los extremos opuestos del mismo cilindro. Y esto permite configuraciones exóticas como la triangular del Napier Deltic. Algunos diseños han fijado los cilindros en movimiento alrededor del eje, tal como el motor rotativo que sigue siendo un motor alternativo el pistón dentro del cilindro sigue haciendo un movimiento alternativo. Los motores que emplean plato oscilante tiene los cilindros paralelos entre si y con respecto al eje de giro.

En algunos diseños la posición del pistón puede permitir o impedir la entrada o salida de los gases en el momento correcto del ciclo. Pero usualmente se requieren válvulas para realizar esta función. Lo habitual es que estén conducidas por levas o bielas accionadas por el eje del motor. Los primeros diseños utilizan la válvula corredera pero ha sido reemplazado en gran parte por la válvula de pistón o válvula de asiento. En los motores de vapor del punto en el ciclo del pistón en la que la válvula de entrada de vapor se cierra se llama el corte y este a menudo se puede controlar para ajustar el par motor suministrado por el motor y mejorar la eficiencia. En algunos máquinas de vapor, la acción de las válvulas puede ser sustituido por un cilindro oscilante.

Clasificación[editar]

Para clasificar los motores de este tipo, es común, emplear el número y la disposición de los cilindros, como puede ser lineal, en V, radial. Y por último también se tiene en cuenta la cilindrada, es decir, el volumen total de desplazamiento de gas por los pistones que se mueven en los cilindros, normalmente se mide en centímetros cúbicos (cm3 o cc) o litros (l) o (L). Por ejemplo, para motores de combustión interna, los modelos con uno o dos cilindros son comunes en los vehículos más pequeños, tales como motocicletas , mientras que los automóviles tienen normalmente entre cuatro y ocho, y las locomotoras y los buques puede tener una docena, o más, de cilindros. La cilindradas puede variar de 10 cm3 o menos en motores de modelos a escala hasta varios miles de centímetros cúbicos en los motores marinos.

La relación de compresión es la relación entre el volumen del cilindro, cuando el pistón está en la parte inferior de su carrera, y el volumen cuando el pistón está en la parte superior de su carrera. Afecta el rendimiento de los motores de combustión interna y los Stirling.

La relación de diámetro/carrera es la relación del diámetro del pistón, o "agujero", a la longitud del recorrido dentro del cilindro, o "carrera". Si este es de alrededor de 1 del motor se dice que es "cuadrado", si es mayor que 1, es decir, el agujero es más grande que la carrera, es "sobrecuadrada". Si es menor que 1, es decir, la carrera es más grande que el orificio, es "subcuadrada".

Los motores de combustión interna trabajan a través de una secuencia de movimientos que admiten y eliminar los gases hacia y desde el cilindro. Estas operaciones se repiten cíclicamente y un motor se dice que es de 2 tiempos, 4 tiempos o 6 tiempos en función del número de pasos necesarios para completar un ciclo.

En algunos motores de vapor, este pasa por varios cilindros. Estos cilindros son de distintos tamaños, el primero con el vapor a mayor temperatura y presión es el de menor diámetro. En el cilindro se expande, aumenta su volumen y disminuye la presión. Pero este vapor todavía tiene capacidad de trabajo. Se aprovecha expandiéndolo en un cilindro mayor y así hasta que resulte antieconómico. Hay que hacer coincidir la caída de presión y temperatura de forma que por toda la cascada de cilindros transite la misma masa de vapor. Estos motores se denominan motores compuestos.

Esquema[editar]

Motores térmicos[editar]

Tipos de motores térmicos
Máquina de vapor Motor Stirling
Máquina de vapor de un pistón
Diagrama esquemático de una típica máquina de vapor de alta presión de un solo cilindro, expansión simple y doble efecto. La transmisión de la potencia se realiza por medio de una correa.
1Pistón
2 – Vástago del pistón
3Cruceta
4Biela
5 – Crank
6 – Movimiento excéntrico válvula
7Volante de inercia
8Válvula corredera
9Regulador de Watt.
Motor Stirling
Esquema de un motor Stirling Rombic Beta – , que muestra el segundo pistón, desplazador, (verde) dentro del cilindro, este mueve el gas de trabajo entre los extremos fríos y calientes, pero no produce ningún trabajo.
Rosa – Pared del cilindro caliente
Gris oscuro – Pared del cilindro frío
Verde – Pistón desplazador
Azul oscuro- Pistón accionador
Azul claro - Volantes
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Motores por expansión[editar]

Tipos de motores por expansión
Motor de combustión interna
Los componentes de un típico, motor de combustión interna de émbolo de cuatro tiempos.
E - Árbol de levas del escape
I - Árbol de levas de la admisión
S - Bujía en los diésel inyector
V - Válvulas de asiento
P - Pistón
R - Biela
C - Cigüeñal
W - Camisa de agua de refrigeración