Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Motor

Una animación que muestra las cuatro etapas de un ciclo de combustión interna de cuatro tiempos alimentado con gasolina y con fuente de ignición eléctrica : Admisión (Entrada de...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

Una animación que muestra las cuatro etapas de un ciclo de combustión interna de cuatro tiempos alimentado con gasolina y con fuente de ignición eléctrica :
  1. Admisión (Entrada de combustible)
  2. Compresión
  3. Ignición (El combustible se quema)
  4. Emisión (Salidas de escape)
Diagrama de un motor a reacción . Los motores a reacción utilizan el calor de la combustión para generar gases de escape a alta velocidad, funcionando como un motor de reacción . La energía mecánica para alimentar los sistemas eléctricos e hidráulicos de la aeronave se puede obtener del eje de la turbina, pero el empuje se produce mediante los gases de escape expulsados.

Un motor es una máquina diseñada para convertir una o más formas de energía en energía mecánica . [ 1 ] [ 2 ]

Las fuentes de energía disponibles incluyen la energía potencial (por ejemplo, la energía del campo gravitatorio terrestre , aprovechada en la generación de energía hidroeléctrica ), la energía térmica (por ejemplo, la geotérmica ), la energía química , la energía eléctrica potencial y la energía nuclear (proveniente de la fisión o fusión nuclear ). Muchos de estos procesos generan calor como forma intermedia de energía; por lo tanto, las máquinas térmicas tienen una importancia especial. Algunos procesos naturales, como las celdas de convección atmosférica , convierten el calor ambiental en movimiento (por ejemplo, en forma de corrientes de aire ascendentes). La energía mecánica es de particular importancia en el transporte , pero también desempeña un papel en muchos procesos industriales como el corte, la molienda, la trituración y la mezcla.

Las máquinas térmicas mecánicas convierten el calor en trabajo mediante diversos procesos termodinámicos. El motor de combustión interna es quizás el ejemplo más común de una máquina térmica mecánica, en la que el calor de la combustión de un combustible provoca una rápida presurización de los productos gaseosos de la combustión en la cámara de combustión, lo que hace que se expandan e impulsen un pistón , que a su vez hace girar un cigüeñal . A diferencia de los motores de combustión interna, un motor de reacción (como un motor a reacción ) produce empuje expulsando masa de reacción , de acuerdo con la tercera ley del movimiento de Newton .

Aparte de las máquinas térmicas, los motores eléctricos convierten la energía eléctrica en movimiento mecánico , los motores neumáticos utilizan aire comprimido y los mecanismos de relojería de los juguetes de cuerda utilizan energía elástica . En los sistemas biológicos, los motores moleculares , como las miosinas en los músculos , utilizan energía química para generar fuerzas y, en última instancia, movimiento (un motor químico, pero no un motor térmico).

Los motores térmicos químicos que emplean aire (gas atmosférico) como parte de la reacción del combustible se consideran motores de respiración de aire. Los motores térmicos químicos diseñados para operar fuera de la atmósfera terrestre (por ejemplo, cohetes , submarinos sumergidos a gran profundidad ) necesitan transportar un componente de combustible adicional llamado oxidante (aunque existen superoxidantes adecuados para su uso en cohetes, como el flúor , un oxidante más potente que el propio oxígeno); o la aplicación necesita obtener calor por medios no químicos, como mediante reacciones nucleares .

Emisiones y subproductos

Todos los motores térmicos que utilizan combustible químico emiten gases de escape. Los motores más limpios emiten solo agua. Las emisiones cero estrictas generalmente significan cero emisiones que no sean agua ni vapor de agua. Solo los motores térmicos que queman hidrógeno puro (combustible) y oxígeno puro (oxidante) logran cero emisiones según una definición estricta (en la práctica, algunos motores de cohete). Si el hidrógeno se quema en combinación con aire (todos los motores que utilizan aire como combustible), una reacción secundaria entre el oxígeno atmosférico y el nitrógeno atmosférico produce pequeñas cantidades de NO x . Si se quema un hidrocarburo (como alcohol o gasolina) como combustible, se emite CO 2 , un gas de efecto invernadero . El hidrógeno y el oxígeno también pueden reaccionar y formar agua en una pila de combustible sin producir NO x , pero una pila de combustible es un tipo de dispositivo electroquímico , no un motor térmico. [ 3 ]

Terminología

La palabra «motor» deriva del francés antiguo «engin» , del latín «ingenium» , raíz de la palabra «ingenioso» . Las armas de guerra preindustriales, como las catapultas , los trabuquetes y los arietes , se denominaban máquinas de asedio , y el conocimiento de su construcción solía considerarse un secreto militar. La palabra «gin» , como en «cotton gin» ( desmotadora de algodón), es la abreviatura de « motor » . La mayoría de los dispositivos mecánicos inventados durante la Revolución Industrial se describían como motores; la máquina de vapor es un ejemplo notable. Sin embargo, las primeras máquinas de vapor, como las de Thomas Savery , no eran motores mecánicos, sino bombas. De este modo, una bomba de incendios en su forma original era simplemente una bomba de agua, que se transportaba al incendio mediante caballos. [ 4 ]

En el uso moderno, el término motor suele describir dispositivos, como máquinas de vapor y motores de combustión interna, que queman o consumen combustible para realizar trabajo mecánico ejerciendo un par o fuerza lineal (generalmente en forma de empuje ). Los dispositivos que convierten energía térmica en movimiento se denominan comúnmente simplemente motores . [ 5 ] Ejemplos de motores que ejercen un par incluyen los conocidos motores de gasolina y diésel de los automóviles, así como las turbinas de eje . Ejemplos de motores que producen empuje incluyen turbofanes y cohetes .

Cuando se inventó el motor de combustión interna, el término motor se utilizó inicialmente para distinguirlo de la máquina de vapor, que estaba muy extendida en aquella época y que impulsaba locomotoras y otros vehículos como las apisonadoras de vapor . El término motor deriva del sustantivo latino mōtor , que significa «aquello que mueve algo». Por lo tanto, un motor es un dispositivo que produce movimiento. [ 6 ]

En inglés estándar, motor y engine son intercambiables. [ 7 ] En algunos argots de ingeniería, las dos palabras tienen significados diferentes: engine es un dispositivo que quema o consume combustible, cambiando su composición química, y un motor es un dispositivo accionado por electricidad , aire o presión hidráulica , que no cambia la composición química de su fuente de energía. [ 8 ] [ 9 ] Sin embargo, en cohetería se utiliza el término motor de cohete , aunque estos consumen combustible.

Un motor térmico también puede funcionar como un motor primario , un componente que transforma el flujo o los cambios de presión de un fluido en energía mecánica . [ 10 ] Un automóvil propulsado por un motor de combustión interna puede utilizar varios motores y bombas, pero en última instancia, todos estos dispositivos obtienen su energía del motor. Otra forma de verlo es que un motor recibe energía de una fuente externa y luego la convierte en energía mecánica, mientras que un motor crea energía a partir de la presión (derivada directamente de la fuerza explosiva de la combustión u otra reacción química , o secundariamente de la acción de alguna fuerza de este tipo sobre otras sustancias como el aire, el agua o el vapor). [ 11 ]

Historia

Antigüedad

Las máquinas simples , como la maza y el remo (ejemplos de palanca ), son prehistóricas . Máquinas más complejas que utilizan fuerza humana , animal , hidráulica , eólica e incluso de vapor datan de la antigüedad. La fuerza humana se concentraba mediante el uso de máquinas simples, como el cabrestante , el molinete o la rueda de pisar , y con cuerdas , poleas y sistemas de poleas ; esta fuerza se transmitía generalmente multiplicando las fuerzas y reduciendo la velocidad . Estas se utilizaban en grúas y a bordo de barcos en la Antigua Grecia , así como en minas , bombas de agua y máquinas de asedio en la Antigua Roma . Los escritores de la época, incluidos Vitruvio , Frontino y Plinio el Viejo , tratan estas máquinas como algo común, por lo que su invención podría ser más antigua. En el siglo I d. C., se utilizaban vacas y caballos en molinos , accionando máquinas similares a las impulsadas por humanos en épocas anteriores.

Según Estrabón , en Caberia, en el reino de Mitrídates , se construyó un molino hidráulico durante el siglo I a. C. El uso de ruedas hidráulicas en los molinos se extendió por todo el Imperio Romano durante los siglos siguientes. Algunos eran bastante complejos, con acueductos , presas y compuertas para mantener y canalizar el agua, además de sistemas de engranajes o ruedas dentadas de madera y metal para regular la velocidad de rotación. Dispositivos más sofisticados, como el Mecanismo de Anticitera, utilizaban complejos trenes de engranajes y diales para funcionar como calendarios o predecir eventos astronómicos. En un poema de Ausonio del siglo IV d. C., menciona una sierra para cortar piedra impulsada por agua. A Herón de Alejandría se le atribuyen muchas máquinas de este tipo, impulsadas por viento y vapor, en el siglo I d. C., incluyendo la Eolipila y la máquina expendedora ; a menudo, estas máquinas estaban asociadas con el culto, como altares animados y puertas de templos automatizadas.

Medieval

Los ingenieros musulmanes medievales emplearon engranajes en molinos y máquinas de elevación de agua, y utilizaron presas como fuente de energía hidráulica para proporcionar energía adicional a los molinos de agua y las máquinas de elevación de agua. [ 12 ] En el mundo islámico medieval , tales avances hicieron posible mecanizar muchas tareas industriales que antes se realizaban con mano de obra .

En 1206, al-Jazari empleó un sistema de manivela y biela para dos de sus máquinas de elevación de agua. Un dispositivo rudimentario de turbina de vapor fue descrito por Taqi al-Din [ 13 ] en 1551 y por Giovanni Branca [ 14 ] en 1629. [ 15 ]

En el siglo XIII, se inventó en China el motor de cohete de combustible sólido. Impulsado por pólvora, esta forma más simple de motor de combustión interna no podía proporcionar potencia sostenida, pero era útil para propulsar armamento a gran velocidad contra los enemigos en batalla y para fuegos artificiales . Tras su invención, esta innovación se extendió por toda Europa. [ 16 ]

Revolución industrial

Motor Boulton & Watt de 1788

La máquina de vapor Watt fue el primer tipo de máquina de vapor que utilizó vapor a una presión ligeramente superior a la atmosférica para impulsar el pistón con la ayuda de un vacío parcial. Mejorando el diseño de la máquina de vapor Newcomen de 1712 , la máquina de vapor Watt, desarrollada esporádicamente entre 1763 y 1775, representó un gran avance en el desarrollo de la máquina de vapor. Ofreciendo un aumento drástico en la eficiencia del combustible , el diseño de James Watt se convirtió en sinónimo de máquinas de vapor, en gran parte gracias a su socio comercial, Matthew Boulton . Permitió el rápido desarrollo de fábricas semiautomatizadas eficientes a una escala antes inimaginable en lugares donde no se disponía de energía hidráulica. El desarrollo posterior condujo a las locomotoras de vapor y a una gran expansión del transporte ferroviario .

En cuanto a los motores de pistón de combustión interna , estos fueron probados en Francia en 1807 por de Rivaz e independientemente por los hermanos Niépce . Carnot los desarrolló teóricamente en 1824. Entre 1853 y 1857, Eugenio Barsanti y Felice Matteucci inventaron y patentaron un motor que utilizaba el principio del pistón libre, que posiblemente fue el primer motor de cuatro tiempos. [ 17 ]

La invención de un motor de combustión interna que posteriormente tuvo éxito comercial fue realizada en 1860 por Etienne Lenoir . [ 18 ]

En 1877, el ciclo Otto era capaz de proporcionar una relación potencia-peso mucho mayor que las máquinas de vapor y funcionaba mucho mejor para muchas aplicaciones de transporte, como automóviles y aviones.

Un motor de combustión interna V6 de un Mercedes-Benz

automóviles

El primer automóvil de éxito comercial, creado por Karl Benz , impulsó el interés por los motores ligeros y potentes. El motor de combustión interna de gasolina, ligero y con ciclo Otto de cuatro tiempos, ha sido el más exitoso para automóviles ligeros, mientras que el motor diésel, térmicamente más eficiente , se utiliza en camiones y autobuses. Sin embargo, en los últimos años, los motores diésel turboalimentados se han popularizado cada vez más en los automóviles, especialmente fuera de Estados Unidos, incluso en vehículos de tamaño reducido.

Pistones opuestos horizontalmente

En 1897, Karl Benz obtuvo una patente por su diseño del primer motor con pistones opuestos horizontalmente. Su diseño creó un motor en el que los pistones correspondientes se mueven en cilindros horizontales y alcanzan el punto muerto superior simultáneamente, equilibrándose así automáticamente entre sí con respecto a su momento individual. [ 19 ] [ 20 ] Los motores de este diseño a menudo se denominan motores "planos" o "bóxer" debido a su forma y bajo perfil. Se utilizaron en el Volkswagen Beetle , [ 21 ] el Citroën 2CV , algunos automóviles Porsche y Subaru, y muchas motocicletas BMW y Honda . Los motores opuestos de cuatro y seis cilindros continúan utilizándose como fuente de energía en aeronaves pequeñas de hélice . [ 22 ]

Adelanto

El uso continuado de motores de combustión interna en automóviles se debe en parte a la mejora de los sistemas de control del motor, como los ordenadores de a bordo que gestionan el motor y la inyección electrónica de combustible. La sobrealimentación mediante turbocompresor y compresor ha aumentado la potencia de los motores de menor cilindrada, que son más ligeros y eficientes en el consumo de combustible a velocidad de crucero normal. Cambios similares se han aplicado a los motores diésel más pequeños, lo que les confiere características de rendimiento casi idénticas a las de los motores de gasolina. Esto se evidencia especialmente en la popularidad de los coches con motores diésel más pequeños en Europa. Los motores diésel producen menores emisiones de hidrocarburos y CO₂ , pero mayor contaminación por partículas y NOₓ que los motores de gasolina. [ 23 ] Los motores diésel también son un 40 % más eficientes en el consumo de combustible que los motores de gasolina comparables . [ 23 ]

Aumento de potencia

En la primera mitad del siglo XX, se observó una tendencia al aumento de la potencia de los motores, especialmente en los modelos estadounidenses. Los cambios de diseño incorporaron todos los métodos conocidos para incrementar la cilindrada, incluyendo el aumento de la presión en los cilindros para mejorar la eficiencia, el aumento del tamaño del motor y el aumento de la velocidad de producción de trabajo. Las mayores fuerzas y presiones generadas por estos cambios provocaron vibraciones y problemas de tamaño en el motor, lo que llevó a la adopción de motores más rígidos y compactos con configuraciones de cilindros en V y opuestos, en sustitución de las configuraciones lineales más largas.

Eficiencia de combustión

La eficiencia de combustión óptima en vehículos de pasajeros se alcanza con una temperatura del refrigerante de alrededor de 110 °C (230 °F) . [ 24 ]  

Configuración del motor

El desarrollo inicial de los motores de automóviles produjo una gama mucho más amplia de motores que la que se usa comúnmente hoy en día. Los motores abarcaban diseños de 1 a 16 cilindros, con las correspondientes diferencias en tamaño, peso, cilindrada y diámetro de los cilindros . La mayoría de los modelos utilizaban cuatro cilindros y potencias de 19 a 120  hp (14 a 90  kW). Se fabricaron varios modelos de tres cilindros y dos tiempos, mientras que la mayoría de los motores tenían cilindros rectos o en línea. También existían varios modelos en V y motores de dos y cuatro cilindros opuestos horizontalmente. Los árboles de levas en cabeza se empleaban con frecuencia. Los motores más pequeños solían ser refrigerados por aire y estar ubicados en la parte trasera del vehículo; las relaciones de compresión eran relativamente bajas. En las décadas de 1970 y 1980, aumentó el interés por mejorar el consumo de combustible , lo que provocó un retorno a los diseños más pequeños de V6 y cuatro cilindros, con hasta cinco válvulas por cilindro para mejorar la eficiencia. El Bugatti Veyron 16.4 funciona con un motor W16 , lo que significa que dos configuraciones de cilindros V8 están colocadas una al lado de la otra para crear la  forma de W, compartiendo el mismo cigüeñal.

El motor de combustión interna más grande jamás construido es el Wärtsilä-Sulzer RTA96-C , un motor diésel turboalimentado de 14 cilindros y 2 tiempos diseñado para propulsar el Emma Mærsk , el mayor buque portacontenedores del mundo cuando se botó en 2006. Este motor tiene una masa de 2300 toneladas y, cuando funciona a 102  rpm (1,7  Hz), produce más de 80 MW y puede consumir hasta 250 toneladas de combustible al día. [ 25 ]

Tipos

Un motor puede clasificarse según dos criterios: la forma de energía que acepta para generar movimiento y el tipo de movimiento que produce.

Motor térmico

Motor de combustión

Los motores de combustión son máquinas térmicas impulsadas por el calor de un proceso de combustión .

motor de combustión interna

Un motor de combustión interna de tres caballos de fuerza que funcionaba con gas de carbón.

El motor de combustión interna es un motor en el que la combustión de un combustible (generalmente, combustible fósil ) se produce con un oxidante (normalmente aire) en una cámara de combustión . En un motor de combustión interna, la expansión de los gases a alta temperatura y alta presión , producidos por la combustión, aplica directamente fuerza a los componentes del motor, como los pistones , las palas de la turbina o la tobera , y al desplazarlos a lo largo de una distancia, genera trabajo mecánico . [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]

motor de combustión externa

Un motor de combustión externa (motor EC) es un motor térmico donde un fluido de trabajo interno se calienta mediante la combustión de una fuente externa, a través de la pared del motor o un intercambiador de calor . El fluido , al expandirse y actuar sobre el mecanismo del motor, produce movimiento y trabajo útil . [ 30 ] Posteriormente, el fluido se enfría, se comprime y se reutiliza (ciclo cerrado), o (menos comúnmente) se descarga y se introduce fluido frío (motor de aire de ciclo abierto).

La combustión se refiere a la quema de combustible con un oxidante para generar calor. Los motores de configuración y funcionamiento similares (o incluso idénticos) pueden utilizar calor procedente de otras fuentes, como la energía nuclear, solar, geotérmica o reacciones exotérmicas que no impliquen combustión; en estos casos, no se clasifican estrictamente como motores de combustión externa, sino como motores térmicos externos.

El fluido de trabajo puede ser un gas, como en un motor Stirling , vapor, como en una máquina de vapor, o un líquido orgánico, como el n-pentano, en un ciclo Rankine orgánico . El fluido puede ser de cualquier composición; el gas es, con mucho, el más común, aunque a veces se utiliza incluso un líquido monofásico . En el caso de la máquina de vapor, el fluido cambia de fase entre líquido y gas.

Motores de combustión que respiran aire

Los motores de combustión que utilizan aire como combustible son aquellos que emplean el oxígeno del aire atmosférico para oxidar (quemar) el combustible, en lugar de transportar un oxidante , como en un cohete . En teoría, esto debería resultar en un impulso específico mayor que el de los motores de cohete.

Un flujo continuo de aire recorre el motor de combustión interna. Este aire se comprime, se mezcla con combustible, se enciende y se expulsa como gas de escape . En los motores de reacción , la mayor parte de la energía de combustión (calor) sale del motor como gas de escape, que proporciona empuje directamente.

Ejemplos

Los motores típicos que utilizan aire como combustible incluyen:

Efectos ambientales

El funcionamiento de los motores suele tener un impacto negativo en la calidad del aire y los niveles de ruido ambiental . Se ha puesto un énfasis creciente en las características contaminantes de los sistemas de propulsión automotriz. Esto ha generado un nuevo interés en fuentes de energía alternativas y en mejoras de los motores de combustión interna. Si bien han aparecido algunos vehículos eléctricos de producción limitada alimentados por baterías, no han demostrado ser competitivos debido a sus costos y características de funcionamiento. En el siglo XXI, el motor diésel ha ido ganando popularidad entre los propietarios de automóviles. Sin embargo, el motor de gasolina y el diésel, con sus nuevos dispositivos de control de emisiones para mejorar el rendimiento, aún no han sido desafiados significativamente. Varios fabricantes han introducido motores híbridos, que consisten principalmente en un pequeño motor de gasolina acoplado a un motor eléctrico y con un gran banco de baterías; estos están comenzando a convertirse en una opción popular debido a su conciencia ambiental.

Calidad del aire

Los gases de escape de un motor de encendido por chispa se componen de lo siguiente: nitrógeno 70 a 75% (en volumen), vapor de agua 10 a 12%, dióxido de carbono 10 a 13,5%, hidrógeno 0,5 a 2% , oxígeno 0,2 a 2%, monóxido de carbono : 0,1 a 6%, hidrocarburos no quemados y productos de oxidación parcial (p. ej., aldehídos ) 0,5 a 1%, monóxido de nitrógeno 0,01 a 0,4%, óxido nitroso <100 ppm, dióxido de azufre 15 a 60 ppm, trazas de otros compuestos como aditivos de combustible y lubricantes, también compuestos halogenados y metálicos, y otras partículas. [ 31 ] El monóxido de carbono es altamente tóxico y puede causar intoxicación por monóxido de carbono , por lo que es importante evitar cualquier acumulación de este gas en un espacio confinado. Los convertidores catalíticos pueden reducir las emisiones tóxicas, pero no eliminarlas. Además, las emisiones de gases de efecto invernadero resultantes, principalmente dióxido de carbono, derivadas del uso generalizado de motores en el mundo industrializado moderno, están contribuyendo al efecto invernadero global , una preocupación primordial en relación con el calentamiento global .

Motores térmicos sin combustión

Algunos motores convierten el calor de procesos no combustibles en trabajo mecánico; por ejemplo, una central nuclear utiliza el calor de la reacción nuclear para producir vapor e impulsar una máquina de vapor, o una turbina de gas en un motor de cohete puede funcionar mediante la descomposición del peróxido de hidrógeno . Aparte de la fuente de energía, el motor suele diseñarse de forma muy similar a un motor de combustión interna o externa.

Otro grupo de motores no combustibles incluye los motores térmicos termoacústicos (a veces llamados "motores TA"), que son dispositivos termoacústicos que utilizan ondas sonoras de alta amplitud para bombear calor de un lugar a otro, o, a la inversa, utilizan una diferencia de calor para inducir ondas sonoras de alta amplitud. En general, los motores termoacústicos se pueden dividir en dispositivos de onda estacionaria y de onda viajera. [ 32 ]

Los motores Stirling pueden ser otra forma de motor térmico sin combustión. Utilizan el ciclo termodinámico de Stirling para convertir el calor en trabajo. Un ejemplo es el motor Stirling de tipo alfa, en el que el gas fluye, a través de un recuperador , entre un cilindro caliente y un cilindro frío, que están conectados a pistones alternativos desfasados ​​90°. El gas recibe calor en el cilindro caliente y se expande, impulsando el pistón que hace girar el cigüeñal . Después de expandirse y fluir a través del recuperador, el gas cede calor en el cilindro frío y la consiguiente caída de presión provoca su compresión por el otro pistón (de desplazamiento), que lo fuerza a regresar al cilindro caliente. [ 33 ]

Motor de propulsión química no térmica

Los motores no térmicos suelen funcionar mediante una reacción química, pero no son máquinas térmicas. Algunos ejemplos son:

Motor eléctrico

Un motor eléctrico utiliza energía eléctrica para producir energía mecánica , generalmente mediante la interacción de campos magnéticos y conductores por los que circula corriente . El proceso inverso, la producción de energía eléctrica a partir de energía mecánica, se lleva a cabo mediante un generador o dinamo . Los motores de tracción utilizados en vehículos suelen realizar ambas funciones. Los motores eléctricos pueden funcionar como generadores y viceversa, aunque esto no siempre es práctico. Los motores eléctricos son omnipresentes y se encuentran en aplicaciones tan diversas como ventiladores industriales, sopladores y bombas, máquinas herramienta, electrodomésticos, herramientas eléctricas y unidades de disco . Pueden alimentarse con corriente continua (por ejemplo, un dispositivo portátil o un vehículo a motor alimentado por batería ) o con corriente alterna procedente de una red de distribución eléctrica central. Los motores más pequeños se pueden encontrar en relojes de pulsera eléctricos. Los motores de tamaño mediano, con dimensiones y características altamente estandarizadas, proporcionan energía mecánica conveniente para usos industriales. Los motores eléctricos más grandes se utilizan para la propulsión de grandes barcos y para fines como compresores de tuberías, con potencias de miles de kilovatios . Los motores eléctricos se pueden clasificar según la fuente de energía eléctrica, su construcción interna y su aplicación.

Motor eléctrico

El principio físico de la producción de fuerza mecánica mediante la interacción de una corriente eléctrica y un campo magnético se conocía ya en 1821. A lo largo del siglo XIX se construyeron motores eléctricos de eficiencia cada vez mayor, pero la explotación comercial de los motores eléctricos a gran escala requería generadores eléctricos y redes de distribución eléctrica eficientes.

Para reducir el consumo de energía eléctrica de los motores y su huella de carbono asociada , diversas autoridades reguladoras en muchos países han introducido e implementado legislación para fomentar la fabricación y el uso de motores eléctricos de mayor eficiencia. Un motor bien diseñado puede convertir más del 90 % de su energía de entrada en energía útil durante décadas. [ 34 ] Cuando la eficiencia de un motor aumenta incluso en unos pocos puntos porcentuales, el ahorro, en kilovatios-hora (y por lo tanto en costos), es enorme. La eficiencia energética eléctrica de un motor de inducción industrial típico puede mejorarse mediante: 1) la reducción de las pérdidas eléctricas en los devanados del estator (por ejemplo, aumentando la sección transversal del conductor , mejorando la técnica de bobinado y utilizando materiales con mayor conductividad eléctrica , como el cobre ); 2) la reducción de las pérdidas eléctricas en la bobina o la carcasa del rotor (por ejemplo, utilizando materiales con mayor conductividad eléctrica, como el cobre); 3) la reducción de las pérdidas magnéticas mediante el uso de acero magnético de mejor calidad ; 4) la mejora de la aerodinámica de los motores para reducir las pérdidas mecánicas por fricción; 5) la mejora de los cojinetes para reducir las pérdidas por fricción ; y 6) la minimización de las tolerancias de fabricación . Para más información sobre este tema, véase Eficiencia Premium .

Por convención, el término "máquina eléctrica" ​​se refiere a una locomotora eléctrica de ferrocarril , en lugar de a un motor eléctrico.

Motor accionado físicamente

Algunos motores se alimentan de energía potencial o cinética; por ejemplo, algunos funiculares , teleféricos y cintas transportadoras han utilizado la energía del agua o las rocas en movimiento, y algunos relojes tienen un peso que cae por efecto de la gravedad. Otras formas de energía potencial incluyen gases comprimidos (como los motores neumáticos ), resortes ( motores de relojería ) y bandas elásticas . [ 35 ]

Las máquinas de asedio militares históricas , que incluían grandes catapultas , trabuquetes y (en cierta medida) arietes, funcionaban con energía potencial. [ 36 ]

motor neumático

Un motor neumático es una máquina que convierte la energía potencial del aire comprimido en trabajo mecánico . Generalmente, los motores neumáticos transforman el aire comprimido en trabajo mecánico mediante movimiento lineal o rotatorio. El movimiento lineal puede provenir de un actuador de diafragma o de pistón, mientras que el movimiento rotatorio lo proporcionan un motor neumático de paletas o de pistón. Los motores neumáticos han tenido un gran éxito en la industria de herramientas manuales y se están realizando esfuerzos continuos para extender su uso al sector del transporte. Sin embargo, deben superar ciertas deficiencias de eficiencia antes de ser considerados una opción viable en este sector.

Motor hidráulico

Un motor hidráulico obtiene su energía de un líquido a presión . Este tipo de motor se utiliza para mover cargas pesadas y accionar maquinaria. [ 37 ]

Híbrido

Algunas unidades de motor pueden tener múltiples fuentes de energía. Por ejemplo, el motor eléctrico de un vehículo eléctrico híbrido enchufable podría obtener electricidad de una batería o de combustibles fósiles a través de un motor de combustión interna y un generador. [ 38 ]

Actuación

Los siguientes elementos se utilizan en la evaluación del rendimiento de un motor.

Velocidad

La velocidad se refiere a la rotación del cigüeñal en los motores de pistón y a la velocidad de los rotores del compresor/turbina y de los motores eléctricos. Generalmente se mide en revoluciones por minuto (rpm).

Empuje

El empuje es la fuerza que se ejerce sobre un avión como consecuencia de la aceleración del aire que lo atraviesa gracias a su hélice o motor a reacción. También es la fuerza que se ejerce sobre un barco como consecuencia de la aceleración del agua que lo atraviesa gracias a su hélice.

Esfuerzo de torsión

El par motor es un momento de giro en un eje y se calcula multiplicando la fuerza que produce dicho momento por su distancia al eje.

Fuerza

La potencia es la medida de la rapidez con la que se realiza un trabajo.

Eficiencia

La eficiencia es la proporción de energía útil producida en comparación con la energía total consumida.

Niveles de sonido

El ruido del vehículo proviene principalmente del motor a bajas velocidades y de los neumáticos y el aire que fluye alrededor del vehículo a velocidades más altas. [ 39 ] Los motores eléctricos son más silenciosos que los motores de combustión interna. Los motores que producen empuje, como los turbofanes, los turborreactores y los cohetes, emiten la mayor cantidad de ruido debido a la forma en que sus corrientes de escape de alta velocidad, que producen empuje, interactúan con el aire estacionario circundante. La tecnología de reducción de ruido incluye silenciadores (silenciadores) en los sistemas de admisión y escape de los motores de gasolina y diésel, y revestimientos de atenuación de ruido en las entradas de los turbofanes.

Motores por uso

Entre los tipos de motores más destacables se incluyen:

Véase también

Referencias

Citas

  1. ↑ "Motor" . Dictionary.reference.com. Archivado del original el 7 de abril de 2008. Consultado el 9 de mayo de 2011. Persona o cosa que imparte movimiento, especialmente un dispositivo, como una máquina de vapor, que recibe y modifica energía de alguna fuente para usarla en el accionamiento de maquinaria.
  2. ↑ Dictionary.com: (Patrimonio mundial) Archivado el 7 de abril de 2008 en Archive-It "3. Cualquier dispositivo que convierte otra forma de energía en energía mecánica para producir movimiento"
  3. ↑ "Conceptos básicos de las pilas de combustible" . Energy.gov . EE. UU. 15 de abril de 2026. Consultado el 18 de abril de 2026 .
  4. ↑ "World Wide Words: Engine and Motor" . World Wide Words . Archivado del original el 25 de abril de 2019. Consultado el 30 de abril de 2020 .
  5. ↑ "Motor" . Diccionario inglés Collins . Archivado del original el 29 de agosto de 2012. Consultado el 3 de septiembre de 2012 .
  6. ↑ Onions, Charles Talbut, ed. (1966). The Oxford Dictionary of English Etymology . Oxford University Press (publicado el 31 de diciembre de 1966). pág. 592. ISBN  978-0198611127.
  7. ↑ Definiciones del diccionario:
  8. ↑ "Motor", McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Science and Technology , Tercera edición, Sybil P. Parker, ed. McGraw-Hill, Inc., 1994, pág. 714.
  9. ↑ Quinion, Michael. "World Wide Words: Engine and Motor" . Worldwide Words . Archivado del original el 25 de abril de 2019. Consultado el 3 de febrero de 2018 .
  10. ↑ "Prime motor", McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Science and Technology , Tercera edición, Sybil P. Parker, ed. McGraw-Hill, Inc., 1994, pág. 1498.
  11. ↑ Goldstein, Norm, ed. (2007). The Associated Press Stylebook and Briefing on Media Law (42.ª ed.). Nueva York: Basic Books. pág. 84. ISBN   978-0-465-00489-8.
  12. ↑ Hassan, Ahmad Y. "Transmisión de la ingeniería islámica" . Transferencia de tecnología islámica a Occidente, Parte II . Archivado del original el 18 de febrero de 2008.
  13. ↑ Hassan, Ahmad Y. (1976). Taqi al-Din y la ingeniería mecánica árabe , págs. 34–35. Instituto para la Historia de la Ciencia Árabe, Universidad de Alepo .
  14. ↑ "Universidad de Rochester, NY, El crecimiento del recurso histórico en línea de la máquina de vapor, capítulo uno" . History.rochester.edu. Archivado del original el 4 de febrero de 2012. Consultado el 3 de febrero de 2010 .
  15. ↑ Nag, PK (2002). Ingeniería de centrales eléctricas . Tata McGraw-Hill . pág. 432. ISBN  0-07-043599-5.
  16. ↑ "Historia de los cohetes: siglos XIII al XVI" . NASA . EE. UU . Consultado el 18 de abril de 2026 .
  17. ↑ "La documentazione essenziale per l'attribuzione della scoperta" . Archivado del original el 25 de febrero de 2017. Recuperado el 24 de febrero de 2014. Posteriormente se presentó una solicitud a la Oficina de Patentes del Reino de Piamonte, bajo el n.º 700 del volumen VII de dicha Oficina. El texto de esta solicitud de patente no está disponible, solo una foto de la tabla que contiene un dibujo del motor. Podría tratarse de una patente nueva o de una prórroga de una patente concedida tres días antes, el 30 de diciembre de 1857, en Turín.
  18. ↑ Victor Albert Walter Hillier, Peter Coombes – Fundamentos de la tecnología de vehículos de motor de Hillier , Libro 1 Nelson Thornes, 2004 ISBN 0-7487-8082-3[Consultado el 16 de junio de 2016]
  19. ↑ Heventhal, Bryce (27 de septiembre de 2018). "El auge de la motorización: cómo Karl y Bertha Benz transformaron para siempre la industria automotriz" . EE. UU.: AutoDesk . Consultado el 18 de abril de 2026 .
  20. ↑ "Benz Patent Motor Car: The First Automobile (1885–1886)" . Mercedes–Benz . 17 de abril de 2026. Consultado el 18 de abril de 2026 .
  21. ↑ "El VW Beetle a través de los años" (Comunicado de prensa). Volkswagen. 21 de julio de 2003. Consultado el 17 de abril de 2026 .
  22. ↑ "Continental A-40, 4 motores opuestos horizontalmente" . Museo Nacional del Aire y el Espacio . EE. UU . Consultado el 17 de abril de 2026 .
  23. 1 2 Harrison, Roy M. (2001), Contaminación: causas, efectos y control (4.ª ed.), Royal Society of Chemistry , ISBN  978-0-85404-621-8
  24. ↑ McKnight, Bill (agosto de 2017). "El termostato asistido eléctricamente" . Motor.com . Archivado del original el 3 de mayo de 2021. Consultado el 13 de marzo de 2021 .
  25. ↑ "El motor más potente del mundo entra en servicio" . Wärtsilä . 12 de septiembre de 2006. Consultado el 12 de marzo de 2026 .
  26. ↑ Proctor, Charles Lafayette II. "Motores de combustión interna" . Encyclopædia Britannica Online . Consultado el 9 de mayo de 2011 .
  27. ↑ "Motor de combustión interna" . Answers.com. Archivado del original el 28/06/2011 . Consultado el 09/05/2011 .
  28. ↑ "Enciclopedia Columbia: Motor de combustión interna" . Inventors.about.com . Consultado el 9 de mayo de 2011 .{{cite web}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )
  29. ↑ "Motor de combustión interna" . Infoplease.com. 2007. Archivado del original el 15 de mayo de 2011. Consultado el 9 de mayo de 2011 .
  30. ↑ "Combustión externa" . Diccionario en línea Merriam-Webster. 13 de agosto de 2010. Archivado del original el 27 de junio de 2018. Consultado el 9 de mayo de 2011 .
  31. ↑ Paul Degobert, Sociedad de Ingenieros Automotrices (1995), Automóviles y contaminación
  32. ↑ Emam, Mahmoud (2013). Investigaciones experimentales sobre un motor termoacústico de onda estacionaria, tesis de maestría . Egipto: Universidad de El Cairo. Archivado del original el 28 de septiembre de 2013. Recuperado el 26 de septiembre de 2013 .
  33. ↑ Bataineh, Khaled M. (2018). "Modelo termodinámico numérico del motor Stirling tipo alfa" . Case Studies in Thermal Engineering . 12 : 104–116 . doi : 10.1016/j.csite.2018.03.010 . ISSN 2214-157X . 
  34. ↑ "Motores" . Consejo Estadounidense para una Economía Energéticamente Eficiente. Archivado del original el 23 de octubre de 2012.
  35. ↑ "Formas de energía" . Administración de Información Energética (EIA) . EE. UU . Consultado el 1 de mayo de 2026 .
  36. ↑ Crawford, Jack (22 de enero de 2021). "7 poderosas armas medievales que caracterizaron la guerra de asedio" . TheCollector . Consultado el 1 de mayo de 2026 .
  37. ↑ "Howstuffworks "Ingeniería"" . Reference.howstuffworks.com. 2006-01-29. Archivado del original el 2009-08-21 . Consultado el 2011-05-09 .
  38. ↑ "Centro de datos de combustibles alternativos: ¿Cómo funcionan los coches eléctricos híbridos enchufables?" . Centro de datos de combustibles alternativos . EE. UU.: Departamento de Energía . Consultado el 1 de mayo de 2026 .
  39. ↑ Hogan, C. Michael (septiembre de 1973). "Análisis del ruido de las carreteras". Journal of Water, Air, and Soil Pollution . 2 (3): 387– 92. Bibcode : 1973WASP....2..387H . doi : 10.1007/BF00159677 . ISSN 0049-6979 . S2CID 109914430 .  

Fuentes

  • Patente estadounidense 194.047
  • Animaciones detalladas del motor
  • Motor de 4 tiempos en funcionamiento – Animación archivada el 25/04/2019 en Wayback Machine
  • Ilustraciones animadas de varios motores
  • 5 maneras de rediseñar el motor de combustión interna
  • Artículo sobre motores de encendido por chispa pequeños.
  • Artículo sobre motores diésel compactos. Archivado el 20 de mayo de 2022 en Wayback Machine.
  • Tipos de motores
  • Motores (1915) de James Slough Zerbe
Lecturas relacionadas
6 articulos
Motor de cuatro tiemposMotor de cuatro tiemposCiclo de cuatro tiempos utilizado en los motores de gasolina: admisión (1), compresión (2), potencia (3) y escape (4). El lado azul derecho es el p...BujíaBujíaUna bujía (a veces, en inglés británico , sparking plug , [1] y, coloquialmente, plug ) es un dispositivo para suministrar corriente eléctrica desd...Motor a reacciónMotor a reacciónUn motor a reacción es un tipo de motor de reacción que descarga un chorro de gas caliente (normalmente aire) que se mueve rápidamente y que genera...{\displaystyle \mathrm {HHV} =\mathrm {LHV} +H_{\mathrm {v} }\left({\frac {n_{\mathrm {H_{2}O,out} }}{n_{\mathrm {combustible,en} }}}\right)}Calor de combustiónEl poder calorífico (o valor energético ) de una sustancia , normalmente un combustible o un alimento (véase energía alimentaria ), es la cantidad ...Motor de reacciónMotor de reacciónUn motor de reacción es un motor que produce empuje expulsando masa de reacción (propulsión de reacción), [1] de acuerdo con la tercera ley del mov...Energía mecánicaEnergía mecánicaEn las ciencias físicas , la energía mecánica es la suma de la energía potencial y la energía cinética . El principio de conservación de la energía...