Motores térmicos

Nombra los cuatro tiempos del motor de explosión de gasolina y describe qué ocurre en cada uno: posición del pistón, estado de las válvulas y qué le pasa a la mezcla.

La figura muestra esquemáticamente los cuatro tiempos de un motor de explosión, pero uno está tapado. Indica qué tiempo falta, qué ocurre en él y cómo lo deduces de la posición del pistón y de las válvulas de los tiempos vecinos.

Explica las diferencias básicas entre un motor de dos tiempos y uno de cuatro tiempos: cuántas vueltas del cigüeñal necesita cada ciclo, cómo entran y salen los gases y por qué los de dos tiempos suelen ser más ligeros pero más contaminantes.

Define el diámetro interior del cilindro (calado) y la carrera del pistón, y escribe la fórmula de la cilindrada unitaria en función de ambos. ¿Por qué dos motores con la misma cilindrada pueden comportarse muy distinto si uno es «largo» (carrera mayor que el diámetro) y otro «supercuadrado»?

La figura muestra un cilindro con su calado y su carrera cotados. Calcula la cilindrada unitaria $V_u = \pi \cdot \frac{D^2}{4} \cdot c$ con los datos de la figura, exprésala en $\text{cm}^3$ y calcula la cilindrada total si el motor tiene tres cilindros.

Un motor tiene cuatro cilindros de $500\ \text{cm}^3$ de cilindrada unitaria. a) Calcula la cilindrada total del motor. b) Si el volumen de la cámara de combustión de cada cilindro (con el pistón en el punto muerto superior) es de $50\ \text{cm}^3$, calcula la relación de compresión $r = \frac{V_u + V_c}{V_c}$. c) Explica qué mejora y qué riesgo conlleva una relación de compresión alta.

Compara el ciclo Otto (gasolina) con el ciclo diésel: cómo se introduce el combustible, cómo se produce la ignición y qué relación de compresión usa cada uno. Razona por qué los motores diésel suelen ser más eficientes a carga parcial.

Explica por qué el motor diésel no necesita bujías: qué ocurre con la temperatura del aire al comprimirlo mucho, cuándo se inyecta el gasóleo y cómo se produce el autoencendido. Relaciona esto con su mayor relación de compresión.

Investiga y explica una arquitectura de motor distinta del alternativo clásico (motor rotativo Wankel, motor Stirling o ciclo Atkinson/Miller en híbridos): cómo funciona, qué ventaja teórica ofrece y qué problemas han impedido o limitado su uso generalizado.

Un motor entrega un par de $180\ \text{N}\cdot\text{m}$ a $3\,000\ \text{rpm}$. a) Expresa la velocidad angular en $\text{rad/s}$ ($\omega = \frac{2 \pi n}{60}$). b) Calcula la potencia efectiva $P = M \cdot \omega$ y exprésala en $\text{kW}$. c) Calcula el trabajo producido por cada explosión de un cilindro si el motor es de cuatro cilindros y cuatro tiempos.

El consumo específico de un motor es de $240\ \text{g/kWh}$. a) Calcula cuánta gasolina consume en una hora funcionando a $50\ \text{kW}$. b) Con el poder calorífico de la gasolina ($\approx 12\ \text{kWh/kg}$), calcula el rendimiento térmico del motor. c) Comenta el resultado a la vista del balance típico de pérdidas.

Un motor gira a $3\,000\ \text{rpm}$. a) Calcula cuántos ciclos completos de cuatro tiempos realiza cada cilindro por segundo, recordando que un ciclo ocupa dos vueltas del cigüeñal. b) Calcula el número de explosiones por segundo en un motor de cuatro cilindros a ese régimen. c) Explica por qué a mayor régimen no crece indefinidamente la potencia (llenado de los cilindros, pérdidas).