Este documento describe los procesos de combustión en motores de combustión interna y externa. Explica que la combustión es una reacción química entre un combustible y el oxígeno que libera energía. Luego describe las condiciones necesarias para la combustión, los tipos de motores de combustión interna, su estructura y funcionamiento, así como los motores de combustión externa.

1. Bachilleres
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del poder Popular para la educación universitaria
Universidad Politécnica Territorial José Antonio Anzoátegui
UPTJAA
P R O C E S O D E C O M B U S T I O N
En motores de combustión interna y
externa
Paola Julio CI: 29.895415
Gerardo león CI: 30.743815
Robert Rodríguez CI: 29.822.557
MM01 T2 F2

2. C O M B U S T I O N
La combustión es la fuente de energía más importante provista
por la naturaleza. Sus aplicaciones en motores de combustión
interna, refinación de metales o cocción de alimentos, entre otros,
hacen de ella un elemento esencial en la eficiencia de algunos
procesos.
La combustión es la reacción química rápida del oxígeno del
*aire u oxígeno directo, que se define como comburente, con los
distintos elementos que constituyen el combustible
(principalmente carbono (C) e hidrógeno (H). Estas reacciones
químicas liberan energía produciendo aumentos locales de
temperatura, lo que origina un flujo de calor hacia el exterior.

3. Condiciones para la Combustión
Para que ocurra la combustión, el combustible debe alcanzar la denominada
temperatura de ignición. Cuando ello ocurre, el combustible comienza a arder y
se forma la llama, una zona donde ocurre una rápida oxidación del
combustible, liberando gran cantidad de energía, y que se produce a altas
temperaturas.
Una mezcla aire/combustible es inflamable cuando la llama iniciada en uno
de sus puntos puede propagarse.
Para cada combustible existen dos límites de inflamabilidad, fuera de los
cuales la mezcla no es combustionable. Por debajo del límite inferior de
inflamabilidad, la mezcla no es suficientemente rica en combustible, sobre el
límite superior de inflamabilidad la mezcla es pobre en comburente (aire).
Algunos límites de inflamabilidad en el aire (expresados como porcentaje de
combustible en la mezcla) se presentan en la tabla siguiente:

4. Motores de Combustión
Los motores son sistemas que
mueven nuestro mundo. Existe una
gran variedad de motores y todos
han sumado al desarrollo del
mundo actual.
El funcionamiento de los motores
es complejo, pues, aunque tengan
un principio sencillo, cada motor
es optimizado para que dé su
mejor rendimiento, es por eso por
lo que, entre dos motores de
combustión interna, puede existir
un océano de diferencia.
Ç
Los motores que funcionan bajo
la premisa de la combustión han
sido los más usados en grandes
maquinarias y en vehículos
particulares.
Seguramente tu coche cuente con
un motor de combustión. Aun así, los
motores eléctricos están ganando
espacio en el mundo automotriz y
ya se venían usando para pequeñas
aplicaciones; tu licuadora, por
ejemplo, usa un motor que funciona
con electricidad.
La diferencia es evidente, pero aun así queremos hablarte sobre los principios de
funcionamiento. El motor de combustión interna usa un fluido combustible que se
quema en presencia de un agente oxidante. Por ejemplo, un motor puede funcional
con gasolina que, cuando es expuesta a una chispa y aire (el cual está compuesto por
Oxígeno y Nitrógeno) combustiona, derivándose en dióxido de Carbono, Hidrógeno y
energía en forma de calor. Por su lado, un motor eléctrico convierte la energía del
movimiento de partículas en energía cinética. La combustión externa, se trata más bien
del paso de energía calórica a mecánica gracias a la manipulación del volumen y la
presión del fluido, por ejemplo, el vapor de agua es un fluido de combustión externa.

5. Disposiciones de motores que existen
Motor en línea: sus cilindros siguen una línea recta
Motor en V: sus cilindros se anclan al cigüeñal siguiendo una V, es un motor mucho
más compacto y también tiene unas emisiones inferiores al motor en línea.
Motor en estrella: los cilindros están dispuestos en forma de estrella en uno o varios
planos, se usan mucho en pequeñas avionetas y por ello su refrigeración es a través
del aire.
Motor de cilindros opuestos: los cilindros están enfrentados entre si, normalmente
denominado BOXER o V a 180º, nos permite una inercia muy pequeña y esto
beneficia en la conducción.
Motor en U: los cilindros están trabajando en paralelo
Motor de émbolos opuestos: los émbolos se mueven en sentido opuesto

6. Funcionamiento de un motor de combustión interna
El motor de combustión interna de la mayoría de los vehículos posee cuatro fases, por
las cuales debe atravesar para que se realice completo el ciclo.
1. Admisión: Baja el pistón del
cilindro y aspira la mezcla de
aire/combustible a través de
la válvula de admisión. En
este instante la válvula de
salida está cerrada.
2. Compresión: Las
dos válvulas se cierran, sube
el pistón y comprime la
mezcla carburante;
hay energía potencial.
3. Explosión: Es aquí cuando
la bujía emite una chispa en
la mezcla que produce la
ignición. El pistón baja y se
produce el movimiento
4. Escape: Sube de nuevo el
pistón y se abre la válvula de
escape, dejando salir los
gases que se producen en la
explosión.
Tipos de motor de combustión interna
La clasificación más importante de los motores alternativos se basa en el
tipo de combustible que emplean para la reacción de combustión, los
cuales son:

7. Motores ciclo Otto:
Es el motor convencional de gasolina que funciona a cuatro tiempos. Su
nombre proviene de quien lo inventó, Nikolaus August Otto. Su
funcionamiento se basa en la conversión de energía química en energía
mecánica a partir de la ignición producto de la mezcla carburante de aire y
combustible
Motores ciclo Diesel:
Fueron inventados por Rudolf Diésel. Emplean como combustible gasoil
(conocido mayormente como Diésel). También pueden usar una
variante ecológica conocida como biodiesel. Esta clase de motor
emplea compresión para el encendido, en vez de una chispa
Otras clasificaciones de los motores de combustión interna
Motor de 2 tiempos: El ciclo termodinámico se desarrolla en cuatro etapas: Comenzando por la
admisión, después la compresión, la explosión y finalmente el escape. Todo esto se lleva a cabo en dos
movimientos del pistón en forma lineal, es decir, una vuelta del cigüeñal. Estos motores no presentan
válvulas y son mucho más simples y deben llevar el aceite unido al combustible en una sola mezcla.
Motor de 4 tiempos: En estos motores las cuatro etapas termodinámicas se realizan separadamente, por
lo que hay una explosión cada dos vueltas que hace el cigüeñal. Presenta válvulas de admisión y
de escape. Es el tipo de motor más empleado en los automóviles actuales, y los motores también se
clasifican por la configuración que presentan, las cuales pueden ser: Lineal, en V, en W, bóxer, cilindro
opuesto, axial, radial y Wankel o rotativo. Estos nombres se refieren a la forma en que están colocados
los cilindros, los cuales presentan distintos ángulos.

8. Estructura del motor de combustión interna
Los motores que emplean gasolina y los motores diésel poseen elementos básicos
similares (cigüeñal, bloque, biela, culata, válvulas, pistón) y otros que son propios de cada
modelo (bomba de inyección de alta presión en Diésel o el carburador en los de gasolina).
En el caso de los motores de cuatro tiempos (4T), es usual clasificarlos de acuerdo al tipo
de sistema de distribución que poseen. Se encuentran los SV, OHV, SOHC, DOHC, haciendo
referencia a la ubicación del árbol de levas o los árboles de levas
Cámara de combustión
Se trata de un cilindro que comúnmente es fijo, está cerrado por uno de sus extremos y en su
interior se desliza el pistón que se ajusta perfectamente al cilindro. La posición que adopte,
hacia afuera o dentro del pistón, modifica el volumen que hay entre las paredes de la
cámara y la parte interna del pistón. La cara externa del pistón se encuentra unida al
cigüeñal por una biela, convirtiendo el movimiento giratorio en movimiento rectilíneo del
pistón.
Sistema de alimentación
En el caso de los motores Otto, el sistema de alimentación está compuesto por el
depósito, la bomba de combustible y el depósito que dosifica el combustible. Ese último
atomiza el combustible partiendo del estado líquido y en proposición correcta para que
sea quemado.

9. Hasta hace poco tiempo, el
carburador era la pieza
mecánica que desempeñaba
este papel de alimentación en
motores Otto. Sin embargo,
actualmente el sistema de
inyección ha sustituido al
carburador por razones
medioambientales. La precisión
en la dosificación de
combustible por medio de
inyectores disminuye la emisión
de CO2 y promete que la mezcla
sea más estable.
Motores Otto Motores Diesel
En el caso de los motores Diésel, el
gasoil no es dosificado de forma
proporcional al aire que ingresa, sino
de acuerdo con el mando del
acelerador y al régimen motor, por
medio de una bomba que inyecta
combustible. Si se trata de motores
con varios cilindros, el combustible
atomizado se dirige a los cilindros por
medio del colector de admisión, una
especie de tubo ramificado. Casi
todos los motores tienen un colector
de expulsión o de escape, que lleva
fuera los gases y amortigua el ruido
que estos generan en la combustión.
Sistema de distribución
El sistema de distribución es el encargado de regular la entrada de carburante y la salida
de los gases producto de la ignición. Un motor en su funcionamiento toma el combustible
y después expulsa gases por medio de las válvulas deslizantes o de cabezal. Un muelle
es el que mantiene las válvulas cerradas hasta que abren en el tiempo indicado.
Lo anterior ocurre por la acción del árbol de levas que se mueve por el cigüeñal,
estando todo coordinado por medio de la correa o la cadena de distribución. Se han
ideado distintos tipos de sistemas de distribución, entre ellos, uno de los más conocidos
es el de camisa corredera o sleeve-valve.

10. Encendido
Para que un motor de combustión interna funcione requiere que se inicie la
inflamación del combustible en el interior del cilindro. En motores tipo Otto este sistema
de combustión implica la acción de la bobina de encendido. Esta es un auto-
transformador para alto voltaje conectado a un conmutador. La bobina obstaculiza la
corriente para inducir electricidad de alto voltaje.
Este impulso eléctrico se encuentra sincronizado con la fase de compresión de cada
cilindro . El impulso es llevado al cilindro que corresponde (el que se encuentra
comprimido) por medio de un distribuidor rotativo y un cableado de grafito que dirigen
el alto voltaje hasta la bujía. El elemento encargado de producir la combustión es la
bujía que está fija al cilindro y posee dos electrodos. Justo en medio de la separación
milimétrica de los electrodos, el impulso eléctrico genera una chispa que produce la
ignición del combustible.
Sistema de arranque
Para iniciar el ciclo en los motores de combustión interna debe provocarse el
movimiento en el cigüeñal. En motores de automoción se usa un motor de arranque
eléctrico que se conecta al cigüeñal por medio de un embrague que se desarticula
al arrancar el motor.
En otros sistemas de arranque se emplean iniciadores de inercia, los cuales aceleran
el volante de forma manual o por medio de un motor eléctrico que alcanza la
velocidad requerida para movilizar el cigüeñal.
Algunos motores de mayor tamaño emplean iniciadores explosivos que, al explotar
un cartucho, movilizan una turbina que va acoplada al motor y ofrece oxígeno para
alimentar la cámara de combustión inicialmente

11. Motores de Combustión Externa
Son aquellos motores que transforman la energía calórica a energía mecánica, a través
del proceso de combustión. La diferencia es que este proceso se lleva a cabo en la
parte externa de la máquina, no en el cilindro o la turbina.
Generalmente, este proceso se realiza en una caldera, donde se calienta el agua y
estando en forma de vapor ejerce la función de fluido activo.
Esta sustancia acciona los pistones, en el caso de un motor alternativo, o los alabes de
la turbina, cuando es un motor rotativo.
En los motores de combustión externa se puede utilizar el gas para que actúe como
fluido de trabajo; la diferencia principal con un motor de combustión interna es el lugar
donde tiene lugar la combustión (en este último, dentro de los cilindros).
Para que la máquina
funcione se requiere
de calor,
generalmente de la
combustión de
un carburante. Este calor
debe ser absorbido por un
fluido para luego
expandirse y accionar el
movimiento de diferentes
piezas.
el fluido se calienta y se
expande para actuar
sobre el mecanismo del
motor, es común que
exista un cambio de
fase en el proceso. Si es
vapor de agua, este
compuesto pasa de un
estado gaseoso a un
estado líquido cuando
se enfría.
El fluido puede ser un gas,
líquido o incluso vapor,
aunque el más común es
el gas y los líquidos
monofásicos. Por su parte,
los motores que funcionan
con electricidad pueden
ser alimentados a través
de corriente continua o
corriente alterna,
originado energía
mecánica

12. Partes de un motor de combustión externa
1. Cilindro: Su función consta en proporcionar alojamiento al pistón para que pueda actuar
dentro de él. Se divide en cabeza, cuerpo, aletas de refrigeración, lumbreras, válvulas
y bujías.
2. Pistón: Esta pieza es un cilindro que tiene forma de buzo con ranuras para anillos y un
orificio con un pasador que lo sujeta a la biela. Sus partes son: Cabeza, falda, anillos,
ranura para anillos, orificios para el pasador, refuerzo del orificio, bulón y aletas de
refrigeración.
3. Válvula: Cuenta con varios tipos de válvula: La Tulipán plana, válvula de admisión,
tulipán cóncava, válvula de escape y válvula de admisión hongo.
4. Biela: Esta pieza es fabricada en acero por las dos funciones que ejerce que son: La
unión del cigüeñal y el pistón y trasferir el movimiento del pistón al cigüeñal,
convirtiéndolo en rotativo.
5. Cigüeñal: Recibe el movimiento rotativo de la biela. Sus partes son: Muñón, eje, flanco,
contrapeso, prolongación y amortiguadores dinámicos.
6. Cojinetes: Se le llama así a la superficie que soporta a otra y puede generar fricción.
Existen tres tipos: Los sencillos, los de rodillos y los de esferas.

13. Funcionamiento de un motor de combustión externa
Estos motores regularmente operan en 4 pasos:
1. Combustión: Es el proceso donde el aire se expande ante el aumento de
la temperatura y procede elevar la presión.
2. Expansión: Una vez que sube la presión, se activa el pistón hacia arriba y este
movimiento del pistón arrastra la manivela. La energía depositada en la rueda
hace que la manivela gire.
3. Refrigeración: Es cuando el aire se traslada al espacio frío de la máquina,
disminuyendo la presión.
4. Contracción: En este último paso el aire se contrae, lo que hace que el pistón se
eleve.
CICLO DISEL
Un ciclo Diésel ideal es un modelo simplificado de lo que ocurre en un motor diésel.
En un motor de esta clase, a diferencia de lo que ocurre en un motor de gasolina la
combustión no se produce por la ignición de una chispa en el interior de la cámara.
En su lugar, aprovechando las propiedades químicas del gasóleo, el aire es
comprimido hasta una temperatura superior a la de auto ignición del gasóleo y el
combustible es inyectado a presión en este aire caliente, produciéndose la
combustión de la mezcla. Puesto que sólo se comprime aire, la relación de
compresión (cociente entre el volumen en el punto más bajo y el más alto del pistón)
puede ser mucho más alta que la de un motor de gasolina (que tiene un límite, por ser
indeseable la autoignición de la mezcla).

14. ciclo combinado
En la generación de energía a la coexistencia de dos ciclos termodinámicos en un
mismo sistema, uno cuyo fluido de trabajo es un gas que entra en combustión o quema,
y otro cuyo fluido de trabajo es vapor de agua a presión. En la propulsión de buques se
denomina ciclo combinado al sistema de propulsión COGAS.

15. ciclo Brayton
(o Joule) ideal modela el comportamiento de una turbina, como las empleadas en
las aeronaves. Este ciclo está formado por cuatro pasos reversibles, según se indica
en la figura. Pruebe que el rendimiento de este ciclo viene dado por la expresión
Siendo r = pB / pA la relación de presión igual al cociente entre la presión al final
del proceso de compresión y al inicio de él.. El método para obtener este resultado
es análogo al empleado para el Ciclo Otto.
El ciclo Brayton
describe el
comportamiento
ideal de un motor de
turbina de gas,
como los utilizados
en las aeronaves.
Las etapas del
proceso son las
siguientes:

16. Admisión
El aire frío y a presión
atmosférica entra por la
boca de la turbina
Compresor
El aire es comprimido y dirigido hacia la cámara de combustión mediante un compresor
(movido por la turbina). Puesto que esta fase es muy rápida, se modela mediante una
compresión adiabática A→B.
Cámara de combustión
En la cámara, el aire es calentado por la combustión del queroseno. Puesto que la
cámara está abierta el aire puede expandirse, por lo que el calentamiento se modela
como un proceso isóbaro B→C.
Turbina
El aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. En este paso el aire se expande y
se enfría rápidamente, lo que se describe mediante una expansión adiabática C →D.
Escape
Por último, el aire enfriado (pero a una temperatura mayor que la inicial) sale al exterior