CONCEPTOS BÁSICOS
Damos inicio con este artículo a una serie dedicada al funcionamiento del motor de cuatro tiempos, en esta primera entrega veremos algunos conceptos básicos, necesarios para la comprensión de todo el sistema.
Los motores pueden catalogarse como una de las máquinas más necesarias dentro del funcionamiento de la vida actual. Son infinidad las necesidades de movimiento en nuestra civilización actual y para suplirlas casi siempre se emplean motores, motor significa que produce movimiento y los hay de muchas clases, pero todos tienen en común que aprovechan la energía de alguna reacción para producir el movimiento, que puede usarse de mil maneras, desde la máquina de afeitar con su motor eléctrico, hasta un avión con su motor a reacción. Nosotros nos centraremos en los motores térmicos de combustión interna, que son los que mueven nuestras queridas motos.
Transformadores de energía
La energía mecánica puede obtenerse a partir de diversas formas de energía, el calor, el viento, el sol, etc. Como todos sabemos la energía no se crea ni se destruye, únicamente se transforma, por esto las máquinas que ha inventado el ser humano (hasta hoy) solamente realizan transformaciones entre diferentes formas de energía.
Los motores térmicos lo que hacen, es aprovechar la energía resultante de la combustión de algunas sustancias transformándola en movimiento mecánico, que mueve en este caso un vehículo como es la motocicleta.
¿Qué es la combustión?
La combustión es una reacción química que se produce al mezclar ciertos componentes con el oxígeno que contiene el aire, esta reacción tiene lugar en la cámara de combustión (espacio cerrado entre el pistón y la culata) y genera una onda expansiva que obliga al pistón a desplazarse a través del cilindro. Toda reacción, si recordamos un poco de química, es cuando dos reactivos A y B (gasolina y aire) se transforman en C, D y Q (CO2, vapor de agua y calor) que son el producto de la reacción.
Las reacciones pueden ser clasificadas por su velocidad y dependiendo de ella se dividen en combustiones, deflagraciones y detonaciones, las que tienen lugar en los motores de dos y cuatro tiempos pertenecen al primer grupo, cuya velocidad límite es de unos 100 m/s (metros por segundo), las dos siguientes pueden llegar a 300 m/s y 8.000 m/s en la tercera, este dato es importante pues al diseñar los motores se debe saber con exactitud el tiempo que transcurre desde que salta la chispa en la bujía, hasta la llegada de la onda expansiva al pistón, algo muy importante cuando estemos viendo el ciclo práctico.
Veamos los compuestos
Reactivo A: es la gasolina, una mezcla de sustancias entre las cuales se destacan el carbono 85% y el hidrógeno 14%. Se le denomina combustible.
Reactivo B: es el oxígeno, aproximadamente un 21% del volumen del aire. Se le denomina combruente. Producto C: es el dióxido de carbono (CO2), un gas no muy tóxico que las plantas transforman en carbono y oxígeno durante la fotosíntesis.
Producto D: simplemente es vapor de agua, muy dañino cuando el motor no llega a calentarse bien, pues se acumula en el escape oxidándolo por dentro. Típico en el carro de la viejita que sólo salía a misa.
Producto Q: Calor, algo fundamental resultante de la violenta reacción, muy notorio además.
La fórmula mágica
Para que dentro del motor la reacción se cumpla adecuadamente se debe llegar a unas proporciones adecuadas de combustible y combruente, esta receta producida por el carburador o la inyección con gran exactitud se conoce como la mezcla estequiométrica y se establece gracias a que conocemos la composición exacta del aire y de la gasolina, de donde resulta luego de realizar un cálculo matemático (que nosotros no haremos). Así entonces se necesitan 14,9 Kilos de aire por un kilo de gasolina, como ven somos afortunados de que el aire sea gratis. Cuando hay más aire se conoce como una mezcla pobre y cuando hay más gasolina se conoce como mezcla rica. Es bueno dejar en claro que no siempre la proporción debe ser exacta, hay momentos en que el motor necesita más gasolina, como cuando se necesita potencia y otros donde se requiere más aire, cuando se mantiene la misma velocidad para bajar el consumo, por esto los carburadores y las inyecciones son “flexibles” pues cuentan con sistemas que permiten que la mezcla varíe según la necesidad del momento.
El combustible
Es importante conocer algunas de las propiedades más importantes de la gasolina, pues de ellas depende en gran medida la calidad de la combustión, la gasolina proviene básicamente de la refinación del petróleo, más algunos aditivos que hacen variar sus propiedades. Primero esta la volatilidad, que es la capacidad de vaporizarse, con lo cual se logra una mezcla en forma de vapor, algo que debe controlarse para que no sea ni muy baja (formación de gotas) ni muy alta.
Otra propiedad es la de inflamabilidad, en otras palabras que tan fácil se enciende. Esto lo define el número de octano, que a mayor número más difícil de encender, principal diferencia entre la extra y la corriente, siendo más alto en la primera. La importancia de esto radica en la presión y el calor al que es sometida la mezcla antes de que salte la chispa, con lo cual en un motor se produciría autoencendido o “pistoneo” si el octanaje fuera muy bajo, con las consecuencias desastrosas que esto trae. Por esto en motores con relaciones de compresión de 9:1 en adelante se debe utilizar extra, para compresiones menores la corriente es perfecta.
Las motos sport se valen de lo más avanzado en tecnología para el diseño de sus motores, esto obliga a estudiar muy a fondo los conceptos explicados. 5 válvulas por cilindro, pistones de alta compresión, 4 carburadores y bloque supercompacto en este motor Yamaha de 750 cc. un paquete digno de un Formula1.
Ahora ya sabemos los conceptos básicos del funcionamiento de los motores de combustión interna, algo que debe cumplir desde el motor más pequeño hasta el más grande que exista, si tienen alguna duda pueden escribirnos y en nuestra sección El Correo De Motos trataremos de resolverla. Suerte y hasta la próxima, donde explicaremos el ciclo teórico, para luego seguir con el ciclo práctico y el diagrama de distribución. Esperamos que no te pierdas ninguno.
Texto: Carenaje.
VER EL MOTOR DE 4 TIEMPOS – parte 2 – EL CICLO TEÓRICO
VER EL MOTOR DE 4 TIEMPOS – parte 3 – EL CICLO PRÁCTICO
Edición 8
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